具有先进结构和可调制界面的异质结构是实现高性能锂离子电池的基础。异质结构能够结合各构筑单元的优点，特别是通过精确控制界面结构，可以显著提升LIBs的性能和响应速度。石墨炔中丰富的化学键（面内炔键及端炔），表面电荷分布不均匀性等特性，与传统碳材料比较在化学修饰和掺杂等方面具有突出优势和更高的化学活性。石墨炔基异质结构的设计通常建立在面内炔键与零维、一维以及多维度的纳米结构的耦合，而利用端炔进行多维度异质结构的构建以及带来的改性及界面调控研究尚未有理论和实验基础。

近日，中国科学院化学研究所研究员、山东大学讲席教授李玉良院士和山东大学杨文龙教授提出了利用端炔与构筑单元（纳米结构）基于晶格/空间适配进行面内连接的理论基础。选用含丰富边缘P原子的黑磷（BP）作为模型材料，通过固态机械化学合成方法实现了与氧化石墨炔（GDYO）的双重面内/面外异质，解决了块体黑磷虽有2596 mAh g^-1的理论容量但由于首圈库伦效率低，结构粉碎严重，边缘重构等而无法直接应用于储锂的问题。相关研究成果以“Controlled Growth Lateral/Vertical Heterostructure Interface for Lithium Storage”为题发表在Advanced Materials上。

图1：（a）BP-GDYO的制备及储锂示意图；（b）GDYO端炔的sp-sp²转换机制；（c）BP、GDYO和BP-GDYO负极在首圈充放电中的GCD曲线。

GDYO的端炔通过sp-sp²杂化方式的自适应转化提高空间构性匹配度，从而建立平面内P-C键；而面外异质则基于GDYO中的含氧官能团，构成P-O-C键，保护了面内炔键及联炔的结构，最大化异质结构中GDYO的18-C孔的储锂能力。在储锂性质探究中，首圈充放电的库伦效率由5% (Bulk BP）提高到了73% (BP-GDYO）。通过一系列原位及非原位测试提出了BP-GDYO中的双重储锂机理，强调了GDYO在储锂过程表现出的提供活性位点，结构保护，提高电化学过程的动力学以及对电化学产物（Li_xP_y）的限域作用，并详细探究了多维度结构及界面工程的协同调控下BP-GDYO表现出的提高的电子、离子迁移以及增强的结构稳定性。

图2：BP-GDYO的多维度界面和结构效应。

 上述工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金等多个项目资助。

 原文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202402961