我國科學家李玉良院士首次用化學方法成功制備了石墨炔,得到了不同領域科研工作者的廣泛關注并迅速發(fā)展成為新研究領域和熱點。作為一種新型的碳材料,石墨炔具有獨特的孔洞結構和電子結構,研究表明它在能源、催化等領域具有重要的潛在應用。本文介紹了石墨炔的理論預測、實驗制備及其在儲能方面和催化方面的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。將這種具有中國自主產權的新型碳材料引入到大學化學的相關課堂教學中,可以拓展學生的科研學術視野,提高本科生的學習興趣及科研素養(yǎng)。 

【文章來源】：大學化學. 2020,35(12)

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

石墨炔及不同氮摻雜石墨炔的結構示意圖

利用水熱法使石墨炔與二氧化鈦通過Ti―O―C形成復合材料，表現(xiàn)出比純二氧化鈦、二氧化鈦碳納米管復合材料以及二氧化鈦與石墨烯復合材料更優(yōu)越的光催化性能[14]；石墨炔-Cd Se復合材料用作光電化學水裂解電池的空穴轉移層,暴露在Xe燈下，其電流密度在中性水溶液中可以達到70 A·cm-2，另外，其在光電陰極的析氫中法拉第效率超過三次以上能夠達到(90±5)%，并在12 h內顯示出優(yōu)越的穩(wěn)定性，證明石墨炔是很好的空穴傳輸層材料并在光催化和光電方面極具競爭優(yōu)勢[15]；通過石墨炔的炔鍵、大比表面和孔洞結構與過渡金屬催化原子之間的協(xié)同作用，在石墨炔上可負載過渡金屬Ni和Fe等零價金屬原子并實現(xiàn)其表面活性組分的高度分散(圖3)，解決傳統(tǒng)載體上作為團簇存在的單原子催化劑易遷移、聚集和電荷轉移不穩(wěn)定等關鍵問題，實驗證明，石墨炔負載的零價過渡金屬催化劑在析氫反應催化過程中表現(xiàn)出了高穩(wěn)定性，且催化性能更為優(yōu)越，過電位為0.2 V時，這種催化劑的質量活性是商業(yè)Pt/C (質量比20%)的34.6倍，并在酸體系下顯示了超高的穩(wěn)定性，為發(fā)展新型高效催化劑開拓了新的方向[16]；石墨炔可以增強電荷分離和定向電子轉移，將其作為助催化劑可以提升Ti O2基光催化CO2還原反應的還原效率和選擇性[17]。4 結語

石墨炔化學是由中國科學家開創(chuàng)的全新領域，吸引了全世界科研工作者的廣泛關注和研究興趣，并成為了一個新的熱點。石墨炔獨特的二維平面結構和三維孔道結構，使其在能量存儲和催化等方面有重要的應用價值。目前，對石墨炔家族的研究還處于初始階段，需要做的工作還有很多，尤其是在石墨炔的單層及多層可控制備、結構表征、性能調控等方面仍然需要進一步探索和完善，這些挑戰(zhàn)和機遇都將進一步推動石墨炔及石墨炔復合材料的進步和發(fā)展。這種具有完全中國自主知識產權的碳材料能夠給大學生的學習及研究生涯提供良好的研究課題和方向，故該材料的相關知識介紹應該進入大學化學課堂，讓學生認識并了解。


本文編號：3437483