新型电池负极材料石墨二炔 提升锂离子电池效率和稳定性

锂离子电池通常采用石墨类碳材作为负极材料。据外媒报道，科学家们研究新型二维碳网状物，即碳纳米纤维膜石墨二炔，在电池应用中的适用性。

石墨二炔和石墨烯（石墨烯是单原子层石墨）一样又平又薄，但是孔隙率更高，而且可以调整电子性能。据研究人员介绍，利用特制前体分子，采用简单的自下而上的合成方法，可以制备这种材料。

在锂离子电池中，碳材料是最常见的负极材料。在电池循环过程中，受益于碳材料的层状结构，锂离子可以出入层间空间，而且这类材料具有高导电性二维六边形晶格，可以形成稳定的多孔网络，有效渗透电解液。然而，碳材料大多是通过自上而下的合成方法，利用聚合碳材料制备而成，因此，想要对结构和电化学性能进行微调比较困难。

石墨二炔（Graphdiyne）是一种混合二维网状物，由两个乙炔单元连接的六边形碳环构成。石墨二炔被认为是一种可用于分离同位素或氦的纳米纤维网状膜，然而，由于独特的电子性质和网状结构，适合于电化学应用。中国科学院的Changshui Huang及其同事，研究特定电子调节石墨二炔衍生物的锂存储能力和电化学性能。

科学家们通过在铜箔上添加前体分子，以自下而上的方式合成了石墨二炔衍生物，其中，铜箔自组织形成有序的层状纳米结构。利用具有有趣电子性质的官能团单体，所制备的功能性石墨二炔，具有独特电化学和形态性质。据介绍，在这些官能团中，那些具有吸电子效应的官能团，能够减小石墨二炔的带隙，并且提升电导率。氰基基团尤其有效，在作为负极材料使用时，通过氰基调整的石墨二炔表现出优异的锂存储能力，并且可以在经过数千次循环后保持稳定的性能。

相比之下，研究人员发现，通过大量的甲基官能团调整石墨二炔，官能团可以为石墨二炔网状物提供电子，使层间距变得更大，导致材料结构不稳定。在这种情况下，负极材料只能承受几个充放电循环。研究人员还将这两种改性石墨二炔材料与一种只有氢占据官能团位置的“空”材料进行了比较。

研究人员表示，可以通过自下向上的方法，制备改性石墨二炔。这种策略也很适合用于构建功能性二维碳材料结构，以用于电池、电容器和其他电催化装置。