第一作者：薛玉瑞
通訊作者：李玉良
通訊單位：中科院化學所
核心內(nèi)容：
1. 2010年，中國科學院化學所石墨炔研究團隊首次化學合成了具有中國自主知識產(chǎn)權(quán)的新型碳同素異形體—石墨炔，開辟了人工化學合成碳同素異形體的先例，開拓了碳科學研究的新領域。
2. 石墨炔具有豐富的碳化學鍵，大共軛體系、寬面間距、天然帶隙、天然孔洞以及優(yōu)異的化學和熱穩(wěn)定性！
3. 石墨炔獨特的納米級孔隙、二維層狀共軛骨架結(jié)構(gòu)及半導體性質(zhì)等特性!
石墨炔（graphdiyne，GDY，漢語命名為石墨炔）是一種由sp和sp2碳共雜化形成的全新的二維平面網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)全碳分子，具有豐富的碳化學鍵，大的共軛體系、寬面間距、天然孔洞、天然帶隙、優(yōu)異的化學和熱穩(wěn)定性及催化等性能，是材料科學領域迅速崛起的新星！
作為具有中國自主知識產(chǎn)權(quán)的新材料，石墨炔因其獨特的化學結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)及奇特的化學和物理性質(zhì)而迅速成為化學、物理和材料科學領域研究的焦點，受到科學家的極大關注。
圖1. 碳材料中碳雜化態(tài)相圖
頂點表示單一雜化態(tài)，圖邊表示兩種不同的雜化態(tài)，三角內(nèi)表示三種雜化態(tài)共存。
sp炔鍵和sp2苯環(huán)的存在為調(diào)控石墨炔電子結(jié)構(gòu)性質(zhì)提供了最佳的契機，使得石墨炔不僅能夠替代貴金屬在電催化、光催化等方面的應用，同時能夠作為太陽能電池空穴傳輸層和電子傳輸層，還可以用作鋰離子相關的高性能儲能器件，在能源、催化、光學、電學、光電子器件等諸多領域展現(xiàn)出巨大的應用潛力，在國際上產(chǎn)生了重要影響，正在全球范圍內(nèi)形成新的研究方向。
有鑒于此，中國科學院化學研究所李玉良院士、薛玉瑞博士，北京大學劉忠范院士、張錦教授，國家納米科學中心趙宇亮院士等多位重量級科學家，從石墨炔的電子、化學結(jié)構(gòu)出發(fā)，系統(tǒng)綜述了石墨炔在能源存儲和轉(zhuǎn)換領域的最新理論研究和實驗研究進展，以及石墨炔基新型能源存儲和轉(zhuǎn)換材料的重要研究成果，并深入探討了石墨炔材料未來發(fā)展的機遇和挑戰(zhàn)！
這份綜述最近發(fā)表于我國重要期刊《中國科學化學》（Science China Chemistry）。
圖2. 二維石墨炔的構(gòu)效
作為一特殊結(jié)構(gòu)材料，石墨炔已經(jīng)在能量存儲和轉(zhuǎn)化領域（電化學催化，光催化，光伏，鋰電池和太陽能電池等）中表現(xiàn)出優(yōu)良的性能，顯示出巨大的應用潛力，在可在再生能源、清潔能源材料及催化等領域引發(fā)新概念、新性質(zhì)和新效應，實現(xiàn)了在能量轉(zhuǎn)換、能源與催化領域的變革性突破。
圖3. 石墨炔結(jié)構(gòu)的可控制備
包括大面積結(jié)構(gòu)有序的石墨炔薄膜、少層石墨炔及單晶石墨炔。
圖4. 石墨炔的圖案化
圖5. 氮摻雜石墨炔氧還原電催化劑
表現(xiàn)出優(yōu)越的氧還原電催化性能，其電催化活性可與用于堿性燃料電池氧還原的商業(yè)鉑碳催化劑相比
圖6. 超高穩(wěn)定性石墨炔基析氫電催化劑。
圖7. 石墨炔在光電產(chǎn)氫中的應用
圖8. 石墨炔在鋰離子電池中的應用
石墨炔展現(xiàn)了較高的容量，良好的循環(huán)穩(wěn)定性以及較高的庫侖效率。
圖9. 石墨炔在鈉離子電池中的應用。
表現(xiàn)出非常好的電化學性能，包括優(yōu)異的倍率性能，長循環(huán)壽命和比容量。
圖10. 石墨炔在太陽能電池中的應用。
在染料敏化太陽能電池中，石墨炔片/鉑納米顆粒復合物顯現(xiàn)出了優(yōu)于還原氧化石墨烯/鉑納米顆粒復合物、鉑納米顆粒和鉑箔的催化活性。
參考文獻：
XueYurui, Li Yuliang 1,* Zhang Jin, Liu Zhongfan, Zhao Yuliang et al. 2Dgraphdiyne materials: challenges and opportunities in energy field. Sci. China Chem., 2018, 61.
https://doi.org/10.1007/s11426-018-9270-y
李玉良院士（通訊作者）
中國科學院化學研究所研究員、博士生導師、中國科學院院士。曾在荷蘭阿姆斯特丹大學化學系、美國Nortre Dame大學、美國佐治亞理工學院和香港大學化學系從事研究及合作研究。2002年、2005年和2014年三次獲得國家自然科學二等獎，兩次獲北京市科學技術獎（自然科學）一等獎和中國科學院自然科學二等獎一次，獲2017年度何梁何利獎，是首屆全國創(chuàng)新爭先獎獎狀獲得者。研究領域為碳基和富碳分子基材料定向、多維、大尺寸聚集態(tài)結(jié)構(gòu)和異質(zhì)結(jié)構(gòu)自組織生長、自組裝方法學以及在能源、催化和光電等領域的應用。
薛玉瑞博士（第一作者）
2003年7月在吉林大學獲得學士學位，2014年7月在吉林大學獲得博士學位，博士畢業(yè)后在中國科學院化學研究所李玉良院士課題組進行博士后研究工作，主要開展石墨炔基電催化材料研究。
