【原】石墨炔何去何从——李玉良院士

石墨炔是一种新兴的二维碳材料，具有很大发展潜力。它是新碳同素异形体，具有奇特的sp和sp²电子结构并具有本征带隙，展现了已发现碳材料难以出现的性质。2010年，李玉良院士团队在全球首次成功合成石墨炔，开辟碳材料研究新领域。随着相关研究的持续深入，近年来，石墨炔已经在锂离子电池、催化剂、太阳能电池、电化学驱动器等方面开展系列前沿性探索研究，取得了引人注目的研究成果。

石墨炔的优势

• 制备条件温和友好，可液相体系下在多种基底上原位大面积制备；

• 具有平面内多孔结构，可以实现孔尺寸精确控制，获得优异的选择性透过功能；

• 杂原子及特定官能团可准确修饰，调控其能带结构和化学、物理性质等；

• 力学模量和强度可调，可以满足不同应用需求；

• 优异的电荷传输和载流子迁移能力。

石墨炔结构优异性

石墨炔基电极界面的应用

石墨炔独特结构优势在高效电化学能源转换器件的应用探索研究中有创纪录换能效率。

单原子催化剂的锚定

理论计算中石墨炔的三角孔洞及富炔碳骨架具有俘获及稳定金属单原子的功能，具有催化活性的金属单原子在二维石墨炔上的均匀锚定可以有效提升催化剂的活性面积，降低金属载量。

二维石墨炔锚定过渡金属单原子在电催化析氢中的性能

缺陷/活性位点的设计

在高性能催化剂的设计和制备方面需要明确催化剂的界面缺陷类型，关系到催化剂的性能及重复可控制备。石墨炔结构特点使控制电化学活性缺陷位点的结构成为可能。

异质结界面的构筑

石墨炔具有低温温和生长特点，可与常规半导体材料复合，实现新型异质结界面构筑。

石墨炔基异质结催化剂

电能-机械能转换的应用

在人工智能领域，石墨炔的富炔二维全碳结构为电能/机械能转换提供了新的研究思路。

石墨炔新型电化学驱动器

储能方面的应用

在储能方面，石墨炔可实现硅和氧化物负极上原位生长，形成全碳导电网络结构，有利于电子和离子的快速传输，制备高性能的负极。全碳的骨架结构在稳定和保护电化学电极界面、提升电解液稳定性等方面有明显效果。

石墨炔用于高能量密度负极材料的无缝保护

参考资料：

Zicheng Zuo, Yuliang Li. EmergingElectrochemical Energy Applications of Graphdiyne. Joule 2019.  DOI: 10.1016/j.joule.2019.01.016

李玉良

无机化学家

个人简历

1949年10月生于山东省青岛市

1972.4－1975.11 北京化工学院基本有机合成专业学习
1975.111992.12 中国科学院化学研究所助理研究员
1992.12－1996.12 中国科学院化学研究所副研究员
1988.3－1989.10 荷兰阿姆斯特丹大学有机化学实验室访问学者
1998.10－1999.3 香港大学化学系配位化学，访问教授
1999.9－2000.2 美国圣母大学放射化学实验室光化学和物理实验室，访问教授
1996.12－至今 中国科学院化学研究所研究员
2015年12月7日，当选中国科学院院士
2016.9—至今，黑龙江大学特聘教授

研究方向

有机和无机/有机杂化超分子聚集态结构，富勒烯化学；有机纳米结构和材料，主要是设计、合成具有光电活性的有机及有机高聚物材料、无机/有机聚集态结构材料及共轭高聚物材料等。

获奖荣誉

2002年，2005和2014年三次分别获得国家自然科学二等奖 

两次获北京市科学技术奖（自然科学）一等奖 
一次获中国科学院自然科学二等奖 
1999年获得中国科学院自然科学二等奖
2004年获北京市科学技术奖（自然科学）一等奖 
2015年12月7日，当选中国科学院院士 
2017年05月，获得全国创新争先奖 
2017年，何梁何利科学与技术进步奖

学术职务

• 中国科学院有机固体重点实验室副主任。

• 国家自然科学基金委员会重大研究计划指导专家组成员。

• 科技部国家重大科学研究计划“973”项目首席科学家（2006-2015）。

学术贡献

• 在全球首次成功合成石墨炔，开辟碳材料研究新领域；

• 从事以无机化学为基础的交叉科学研究，开展了分子基材料及其聚集态结构、异质结构和性质研究，发展了具有光电活性的碳及富碳材料多维、高有序、大尺寸纳米结构生长方法学；

• 建立了碳材料化学合成系统方法，在铜表面上合成了具有本征带隙sp和sp²杂化的二维碳石墨炔，实现了人工化学合成全碳材料；

• 建立了无机/有机半导体异质结共生长新方法，解决了纳米科学中异质结构相容生长的关键问题，成为国际上生长低维异质结构的经典方法；

• 考虑结构和能量的匹配原则，提出了分子基材料低维结构自组装方法学，实现了大面积、高有序低维聚集态结构的可控制备。

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