近日，山东大学物质创制与能量转换科学研究中心李玉良院士、杨文龙教授在晶态石墨炔类材料可控制备方面取得系列进展。相关成果发表在Journal of the American Chemical Society、Energy Storage Materials高水平国际学术期刊。山东大学为论文的第一完成单位。
1.具有自适应p-π共轭的结晶膦-石墨炔的合成
具有高表面活性和化学键转化能力的“动态”行为材料是可再生能源领域的前沿材料。这些材料的突出特点是它们具有外部刺激可以调节的自适应电子特性。考虑表面结构的影响和二维材料在智能响应中的优势，合理地设计合成了一种新的二维膦-二炔网络(P-GDY)。将膦-乙炔基聚膦环碳小分子扩展到动态自适应的二维材料中，有效地将非共价键的动态可逆性质(共轭效应、范德华力、静电相互作用等)与二维结构结合，以获得动态响应性材料。与全碳2D材料相比，线性乙炔膦单元的引入确保了结构的灵活性，并为合成动态含磷石墨炔结构奠定了基础。尽管大多数具有金字塔结构的三价磷π体系中的p-π共轭作用不显著，但在P-GDY中，磷原子的孤对电子在层间范德华力的影响下强烈地参与了离域。由于非共价相互作用(p-π共轭)的动态可逆性质，P-GDY表现出特定的自适应行为，并通过调节p-π相互作用实现锂离子的响应性可逆输运。该发现将为开发具有可调结构的新型响应材料提供思路。
原文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacs.2c09209
2. 超薄氧化石墨炔插层MXene
通过客体调控或掺杂以获得所需的材料性能一直是材料科学的研究前沿。然而，许多材料中紧密堆积的晶格结构限制了该策略的适用性。石墨炔作为二维碳材料，具有独特的物质和化学性质如sp和sp2全碳结构、天然孔洞结构，改善了传统碳材料制备方式耗能繁琐，相关活性位点数量少等弊端；在性能调控等方面表现了天然的优势，可以实现组成明确、结构清晰的高性能界面构建，对研究客体物质和主体二维材料之间的相互作用如何调整材料的物理和化学性能提供了新的思路。石墨炔本征特性为实现在不破坏化学键的情况下实现宿主材料性能的可逆调制；开发新的控制和调制方式来调整材料性质提供了新的理论，在创造传统方法无法企及的人造材料和结构，实现性能提升和突破等方面表现出了巨大潜力。
基于上述理念，选用具有原子级薄厚度的氧化石墨炔作为插层试剂，通过简易的静电自组装合成方法成功插入于MXene纳米片层中得到2D/2D插层异质结构，同时构建出多功能协同界面（Energy Storage Materials, 54, 10-19.）。氧化石墨炔的插入有效地增加了MXene纳米片的层间距，同时在异质界面处产生了原子级内建电场，并显著提高了Li吸附能。氧化石墨炔基于独有的孔结构及炔烯互变等结构特性在储锂过程中提供了容量贡献。所制备的插层异质结构表现出了高的比容量和优异的循环稳定性。为石墨炔基材料介入的插层材料的制备方法以及通过界面协同效应实现优异的锂储存性能提供了新的思路。
上述工作得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金、山东大学基础研究基金等多个项目资助。
