青島能源所在石墨炔能源存儲材料方面取得系列進展

　　碳素材料與人類生活密切相關，而石墨炔類材料是繼富勒烯、碳納米管、石墨烯之后，一類全新的碳素材料。在結構上講，它是目前唯一一類通過化學法合成的，同時含有sp和sp2（分別表示兩種不同的原子軌道雜化方式）兩種雜化形式碳，并具有中國知識產權的二維平面全碳材料。從性能上看，石墨炔類材料具有大的共軛體系、寬面間距、優(yōu)異的導電性、豐富的分子孔道結構以及優(yōu)良的化學穩(wěn)定性。上述獨特的結構特點和優(yōu)異的性能優(yōu)勢使得石墨炔有望廣泛應用于能源存儲領域。　　近期，中國科學院青島生物能源與過程研究所新型能源碳素材料團隊與化學研究所李玉良課題組合作，將石墨炔類材料先后應用于鋰離子電池、鈉離子電池、鋰離子電容器等能源存儲器件，并對其電化學性能及儲能機制進行了詳細分析和系統(tǒng)研究。相關實驗結果已先后發(fā)表。

　　新型能源碳素材料團隊科研人員充分發(fā)揮石墨炔類材料可以通過化學法制備這一特點，嘗試采用“由下向上”雜原子化學摻雜合成策略，通過對聚合前體的化學裁減和結構修飾，制備了氯摻雜石墨炔。采用化學摻雜法制備的摻雜石墨炔類材料具有雜原子分布均勻且含量及摻雜位置可控的特點。理論計算結果也證實，均勻分布于石墨炔二維平面結構中的氯原子能夠更加有效地穩(wěn)定所嵌入的鋰原子。器件測試結果顯示，氯摻雜石墨炔用于鋰離子電池電極材料，展現(xiàn)出優(yōu)異的倍率性能及良好循環(huán)穩(wěn)定性，表明該類材料在能源存儲方面具有應用前景。該部分工作發(fā)表在Angew. Chem. Int. Ed. （2017, 56, 10740-10745）。

　　上述研究獲得了國家自然科學基金重大項目、中科院“百人計劃”、中科院前沿科學研究計劃以及山東省杰出青年基金等的支持。

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石墨炔材料在鋰離子電池(a,b)、鋰離子電容器(c)及鈉離子電池(d)中的應用

氯雜石墨炔的結構及在鋰離子電池中的應用