石墨炔性能將勝過石墨烯.docx

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1、石墨炔性能將勝過石墨烯現(xiàn)在，很多科學家為神奇材料石墨烯“競折腰”，紛紛投身于對石墨烯的研究中，企業(yè)也大力投資者個新型材料。隨著科學家們對石墨炔的研究不斷深入，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，石墨炔具有極強的導電能力以及多種幾何形態(tài)，其性能或許會讓石墨烯相形見絀。捷勝石墨在上世紀的90年代，中科院化學所有機固體實驗室在中科院開展了碳材料富勒烯研究。據(jù)介紹，碳具有sp3、sp2和sp三種雜化態(tài)，通過不同雜化態(tài)可以形成多種碳的同素異形體。例如，通過sp3雜化可以形成金剛石，通過sp3與sp2雜化則可以形成碳納米管、富勒烯和石墨烯等。由于具有sp雜化態(tài)的碳碳三鍵具有線性結(jié)構(gòu)、無順反異構(gòu)體和高共軛等優(yōu)點，科學家一

2、直渴望能夠獲得具有sp雜化態(tài)的碳的新同素異形體，并認為該類碳材料具備優(yōu)異的電學、光學和光電性能，并將成為下一代新的電子和光電器件的關(guān)鍵材料。2004年，研究人員用透明膠帶粘下一層層石墨層，最終獲得了一個碳原子厚度的石墨烯。隨后，他們發(fā)現(xiàn)，單層石墨烯硬度高，卻有很好的韌性，是當時已知導電性能最好的材料。常溫下高達15000cm2·V-1·S-1的電子遷移率，使得石墨烯成為制造高速晶體管的希望所在。捷勝石墨2010年，單層石墨烯已經(jīng)從實驗室逐步走向產(chǎn)業(yè)化道路，英國科學家的這項基礎(chǔ)工作也獲得了諾貝爾物理學獎。就在這一年，中科院化學所有機固體實驗室的化學家們，創(chuàng)造了化學合成的方法，制造出另

3、一種新的碳材料——石墨炔。研究人員利用六炔基苯在銅片表面的催化作用下發(fā)生偶聯(lián)反應，成功地在銅片表面上，合成出石墨炔薄膜。這是世界上首次通過化學方法獲得的全碳材料，開辟了人工化學合成碳同素異形體的先例，讓化學家們深受鼓舞。近兩年，中科院化學所石墨炔研究團隊持續(xù)開展了石墨炔的基礎(chǔ)和應用研究，實現(xiàn)了大面積、規(guī)?；苽?。同時引領(lǐng)了國際上眾多科學家積極參與到該領(lǐng)域研究，推動了碳材料科學的發(fā)展，并為碳材料的研究帶來難得的機遇。研究人員發(fā)現(xiàn)其在催化、燃料電池、鋰離子電池、電容器、太陽能電池以及力學性能等方面具有優(yōu)良性質(zhì)和性能。而且器件效率不受電壓掃描條件影響。另外，該項研究還發(fā)現(xiàn)石墨炔與P3HT

4、作為修飾材料構(gòu)筑的鈣鈦礦太陽能電池，其光電轉(zhuǎn)換效率提高了20%。在業(yè)內(nèi)人士看來，上述系列研究為提高鈣鈦礦電池的性能和新型碳材料的應用開發(fā)以及鈣鈦礦電池器件的研究提供了新的思路。2015年，研究人員圍繞石墨炔的電容器性能開展研究時，發(fā)現(xiàn)其具有優(yōu)異的電容器性能，電容也遠高于其他碳材料。因此，石墨炔電容器能夠同時具備高功率密度和高能量密度。石墨炔負載金屬鈀可高效催化還原4-硝基苯酚，還原速率（0.322min-1）分別是Pd-碳納米管、Pd-氧化石墨烯和商用Pd碳的40倍、11倍和5倍；氮摻雜石墨炔具有非常優(yōu)異的氧還原催化活性，已經(jīng)與商業(yè)化鉑/碳材料相當，有望實現(xiàn)對貴金屬鉑系催化劑的替代

5、。而由于石墨炔三鍵具有極高的化學活性，TiO2（001）-石墨炔復合物等石墨炔基材料顯示了獨特光催化、電化學催化及催化性能。此外，石墨炔作為量子點太陽能電池的緩沖層，可大大提高PbS量子點太陽能電池的效率并可顯著降低功函，高效促進量子點太陽能電池空穴輸運的能力，顯著提高量子點太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性。目前，中科院化學所有機固體實驗室科研人員仍然在試圖用像石墨烯一樣通過控制生長及物理剝離方法，獲得石墨炔單層結(jié)構(gòu)，而對于石墨炔的單體合成專家認為，其大批量制備及工業(yè)化尚待時日。作為具有中國自主知識產(chǎn)權(quán)的新材料，石墨炔的發(fā)現(xiàn)在國際上產(chǎn)生了重要影響，被同行評價認為“這是碳化學的一個令人

6、矚目的進展，是真正的重大發(fā)現(xiàn)”還有專家認為石墨炔可能在海水淡化方面具有不可替代的作用，可濾除海水中的氯化鈉達99.7%。著名科學家則通過計算機模擬、多方面的理論計算及實驗等發(fā)現(xiàn)石墨炔在光學、電學、光電子器件、催化、太陽能電池等領(lǐng)域有潛在應用。目前已經(jīng)有美國、日本、澳大利亞、德國等國際和國內(nèi)的課題組開展了研究，使石墨炔研究進入了快速發(fā)展時期。不僅在學術(shù)界，商業(yè)界也對石墨炔的應用充滿了濃厚的興趣。研究表明，石墨炔在能源、催化、光學、電學、光電子器件等諸多領(lǐng)域具有巨大的潛在應用。