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【中国科学报】石墨炔催生电化学能源新概念

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  中科院院士李玉良及其团队梳理了近年来石墨炔在电化学等领域的关键科学问题和创新性研究。相关综述文章2月25日在线刊发于《焦耳》。


  作为一种新型全碳纳米材料,石墨炔一改传统制备方式,可在常温常压下合成。其新颖的结构特征也激发出不少研究者的“脑洞”。电化学能源领域的诸多研究难点得以解决,一些新概念也随之诞生。稳定的化学特性、良好的导电性等特点让石墨炔被列为最具潜力的纳米材料之一。根据石墨炔新颖的结构特征,研究人员解决了电化学能源体系中的很多关键问题。


  比如,利用石墨炔实现零价金属原子的锚定,解决了传统载体上作为团簇存在的单原子催化剂易迁移、聚集和电荷转移不稳定等问题。石墨炔锚定的零价贵金属原子催化剂,在催化活性位点、面积等方面均有显著改善。


  石墨炔可控掺杂氮原子产生了一系列新的氮掺杂结构,显示出优越的催化活性。此外,利用烯—炔的互变性质,可实现电能到机械能的高效转化,创造出迄今为止最接近哺乳动物生物肌肉能量密度的材料,为人工智能开启了新方向。


  文章还指出了电化学能源体系实际应用的瓶颈问题,并且分析了石墨炔在该领域的天然优势:任意基底下的原位生长、契合的能带结构、匹配的电子结构和化学结构、二维大孔骨架和高化学活性等,为提升能量转换效率、安全性和稳定性等带来了新的可能。


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