石墨炔電極界面在電化學(xué)能源存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)化中的應(yīng)用進(jìn)展

近日，Nano Research Energy青年編委、中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所左自成教授課題組發(fā)表了以“Advanced Electrochemical Energy Storage and Conversion on Graphdiyne Interface”為題的綜述，總結(jié)了石墨炔電極界面在電化學(xué)能源存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)化中的應(yīng)用進(jìn)展。

石墨炔是由我國(guó)科學(xué)家李玉良院士團(tuán)隊(duì)首次人工合成的二維碳同素異形體，是具有中國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型碳材料，在國(guó)際和國(guó)內(nèi)產(chǎn)生了重要的影響。二維石墨炔在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和合成制備方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，書寫了先進(jìn)碳材料的合成和應(yīng)用的新篇章。

由于石墨炔豐富的炔鍵與孔洞結(jié)構(gòu)帶來了諸多新穎的物理和化學(xué)性質(zhì)（半導(dǎo)體性質(zhì)、穩(wěn)定性、活性和選擇性輸運(yùn)等），其已經(jīng)在諸多領(lǐng)域中取得了原創(chuàng)性成果，包括在生物傳感、催化、電存儲(chǔ)、太陽能電池和人工智能器件等研究領(lǐng)域取得許多新進(jìn)展。近年來，二維石墨炔研究已經(jīng)成為廣受關(guān)注的前沿研究熱點(diǎn)。

圖1. 石墨炔在電化學(xué)能源存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)化器件電極界面中的應(yīng)用

在電化學(xué)能源存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)化器件中，電極界面是器件中的關(guān)鍵組成部分之一，影響著電極活性位點(diǎn)、界面電子離子傳導(dǎo)、反應(yīng)物質(zhì)傳輸和轉(zhuǎn)移、界面結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和電化學(xué)反應(yīng)能壘等諸多因素，關(guān)系著電化學(xué)器件的性能，是近年的研究熱點(diǎn)領(lǐng)域。石墨炔的新結(jié)構(gòu)特征將極大的豐富電化學(xué)界面結(jié)構(gòu)和功能，并為精準(zhǔn)的設(shè)計(jì)、調(diào)節(jié)和控制電極界面功能創(chuàng)造有利條件。近年來，在石墨炔電化學(xué)電極界面領(lǐng)域已經(jīng)產(chǎn)生了很多新的科學(xué)概念，發(fā)現(xiàn)了新的作用機(jī)理，解決了電化學(xué)能源存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)化器件電極界面的關(guān)鍵科學(xué)問題，器件性能得到顯著提升，展現(xiàn)了石墨炔巨大的應(yīng)用前景。

本綜述首先是介紹了二維石墨炔碳材料在電化學(xué)電極界面應(yīng)用中所具有的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，其次是介紹了石墨炔電極界面在電化學(xué)能源存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)化中的研究進(jìn)展。在電化學(xué)能源存儲(chǔ)中系統(tǒng)介紹了石墨炔電極界面保護(hù)機(jī)理、界面保護(hù)方法和界面保護(hù)場(chǎng)景；在電化學(xué)能源轉(zhuǎn)化方面則系統(tǒng)介紹了石墨炔基新電極界面催化劑在電解水、氮還原、二氧化碳還原和氧還原等熱點(diǎn)研究領(lǐng)域的創(chuàng)新性基礎(chǔ)研究。最后，結(jié)合石墨炔以上研究基礎(chǔ)，作者進(jìn)一步展望了發(fā)展高性能石墨炔電極界面應(yīng)用所面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn)和機(jī)遇。

審核編輯 ：李倩