碳材料如富勒烯、碳纳米管、石墨炔、石墨烯等，因其具有超高的导电性、巨大的比表面积、可调控的孔隙结构、价格低廉、环境友好等优点而受到广泛的关注和研究。以碳材料为电极材料的储能器件表现出的超高的储能容量、优异的化学稳定性和成本低及环境优好等优势，使其在能源存储方面具有潜在的发展空间。特别是二维碳材料，如石墨炔、石墨烯等，具有高度共轭的碳骨架，二维层状平面结构，均匀分布的孔隙及较大的孔道构造，这能够为储能离子提供丰富的吸附位点和畅通的迁移通道，使其在储能领域中拥有广泛的应用前景。近期，青岛能源所碳基材料与能源应用研究组研究发现，可以通过前驱体控制、化学键合、热处理等方式引入特定的功能基团来准确调控碳材料能隙，电子迁移率，层间距，晶体堆积方式和比表面积等可以影响离子存储或迁移性能的内在特性，进而可以制备出电化学性能更好的储能材料。
研究人员以石墨炔为例，使用化学修饰的前体通过交叉偶联反应合成了一系列具有氢、甲基和氰基等不同功能基团修饰的石墨炔衍生物。不同功能基团的引入，引起包括能隙、层间距和微观结构在内的特性发生了明显的变化，进而显著地影响到锂离子电池的存储容量。与石墨炔、氢修饰的石墨炔和甲基修饰的石墨炔相比，氰基修饰的石墨炔的电化学储锂性能提高最为显著，在电流密度为50 mAg-1时，其可逆容量高达1612 mAhg-1。并且氰基修饰的石墨炔因其独特的结构更有利于锂离子在面内和面外的扩散与传输，这样赋予其非常好的倍率性能及超高的稳定性能。该研究工作为精确调节碳材料的电子结构和性能提供了有效的策略，为石墨炔家族储锂性能研究以及探索新型碳素储能材料提供了理论依据和实验指导。
相关研究工作已被该领域的国际顶级著名学术期刊《Angewandte Chemie International Edition》（德国应用化学）接收发表，由于该研究成果的高度创新性及重要性，被此期刊评选为VIP(Very Important Paper)文章。
以上工作得到了国家自然科学基金，中科院前沿项目和研究所内重点部署项目，山东省自然科学基金的支持等资助。
图 不同功能基团修饰石墨炔材料及储锂性能研究
文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/anie.202004454。
院地合作