摘要：隨著高性能儲(chǔ)能裝置的快速發(fā)展，電化學(xué)儲(chǔ)能材料要求擁有更高的容量，更高的性能和超長(zhǎng)的循環(huán)壽命。為了達(dá)到這樣的要求，需要開(kāi)發(fā)新的電極材料和能量系統(tǒng)。基于石墨炔的材料的研究不但豐富了碳材料的家族成員，在儲(chǔ)能領(lǐng)域也顯示出巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

（來(lái)源：微信公眾號(hào)“MaterialsViews” ID：materialsviews 作者：MaterialsViews）

碳材料的不斷發(fā)展并與諸多相關(guān)應(yīng)用學(xué)科的交叉與結(jié)合，已經(jīng)廣泛影響并積極推動(dòng)眾多高技術(shù)科技的快速發(fā)展，從而奠定了它在目前科技發(fā)展中的重要戰(zhàn)略地位。

石墨炔類(lèi)材料是一類(lèi)全新的全碳二維平面結(jié)構(gòu)材料。從結(jié)構(gòu)上講，石墨炔是一類(lèi)同時(shí)含有sp碳及sp2兩種雜化形式的碳，既具有層狀二維平面材料的特點(diǎn)，同時(shí)又有多孔三維通道，這使石墨炔具備極大的比表面積、良好的化學(xué)穩(wěn)定性和導(dǎo)電能力。更為重要的是，石墨炔中獨(dú)特的碳碳叁鍵的存在，為其能級(jí)、納米形貌等重要物理化學(xué)性能的精細(xì)調(diào)控提供了便利，因此可以廣泛應(yīng)用于多類(lèi)器件的關(guān)鍵材料。

特別是在電化學(xué)儲(chǔ)能器件方面，石墨炔中豐富的孔道和共軛體系中sp雜化碳的存在為鋰、鈉、鎂等金屬原子提供了豐富的儲(chǔ)存位點(diǎn)和擴(kuò)散通道。從而保證了道，并引發(fā)了一輪研究熱潮。

中國(guó)科學(xué)院大學(xué)青島生物能源與過(guò)程研究所黃長(zhǎng)水研究員（通訊作者）及其研究團(tuán)隊(duì)為Advanced Materials雜志石墨炔專(zhuān)刊中石墨炔儲(chǔ)能器件應(yīng)用方面的綜述性文章，系統(tǒng)總結(jié)了石墨炔儲(chǔ)能材料的制備及器件性能，并分析了石墨炔類(lèi)材料結(jié)構(gòu)、性質(zhì)與在儲(chǔ)能器件中展現(xiàn)的性能之間的關(guān)系。

在石墨炔及儲(chǔ)能材料制備方法方面，目前研究表明通過(guò)控制石墨炔中誘導(dǎo)雜原子的位置和數(shù)量，可以有效調(diào)整、優(yōu)化石墨炔層狀結(jié)構(gòu)聚集形態(tài)、導(dǎo)電性，孔的大小和分布和對(duì)某些金屬原子的親和力等性能，從而可以有效改善金屬原子如鋰和鈉的儲(chǔ)存環(huán)境，并為期提供更加充分的擴(kuò)散空間。特別是石墨炔平面結(jié)構(gòu)中均勻分布的面內(nèi)孔還可以促進(jìn)金屬離子的垂直轉(zhuǎn)移，從而提高電化學(xué)電池的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。

目前為止，已經(jīng)從理論預(yù)測(cè)和實(shí)驗(yàn)開(kāi)展的方面詳細(xì)報(bào)道了許多相關(guān)的工作。本綜述總結(jié)相關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，石墨炔電極制備及其在一系列儲(chǔ)能裝置如鋰離子電池（LIB），鈉離子電池（SIB），鋰/鎂硫電池和超級(jí)電容器等的中的實(shí)際應(yīng)用。

特別值得注意的是，文中系統(tǒng)地分析了石墨炔制備方式、納米形態(tài)調(diào)整、雜原子取代等結(jié)構(gòu)修飾方式對(duì)其電化學(xué)儲(chǔ)能性質(zhì)的影響，更加深入的分析了相互之間存在的結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系。其中通過(guò)后處理方法或原位取代途徑獲得的雜原子摻雜的石墨炔，為石墨炔電化學(xué)儲(chǔ)能材料的設(shè)計(jì)提供新的視角，并為基于石墨炔的儲(chǔ)能裝置的結(jié)構(gòu)提出新的研究思路。

隨著高性能儲(chǔ)能裝置的快速發(fā)展，電化學(xué)儲(chǔ)能材料要求擁有更高的容量，更高的性能和超長(zhǎng)的循環(huán)壽命。為了達(dá)到這樣的要求，需要開(kāi)發(fā)新的電極材料和能量系統(tǒng)。基于石墨炔的材料的研究不但豐富了碳材料的家族成員，在儲(chǔ)能領(lǐng)域也顯示出巨大的發(fā)展?jié)摿Α＿M(jìn)一步完善制備策略，明確石墨炔的內(nèi)在化學(xué)-物理性質(zhì)，有助于進(jìn)一步改善器件性能并拓展石墨炔材料在儲(chǔ)能領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。

原標(biāo)題:AM: 石墨炔的制備及在電化學(xué)儲(chǔ)能器件中的應(yīng)用研究進(jìn)展