化学课堂新知识：新型碳材料——石墨炔

发布时间：2021-10-15 05:12

　　我国科学家李玉良院士首次用化学方法成功制备了石墨炔,得到了不同领域科研工作者的广泛关注并迅速发展成为新研究领域和热点。作为一种新型的碳材料,石墨炔具有独特的孔洞结构和电子结构,研究表明它在能源、催化等领域具有重要的潜在应用。本文介绍了石墨炔的理论预测、实验制备及其在储能方面和催化方面的研究现状和发展趋势。将这种具有中国自主产权的新型碳材料引入到大学化学的相关课堂教学中,可以拓展学生的科研学术视野,提高本科生的学习兴趣及科研素养。 

【文章来源】：大学化学. 2020,35(12)

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

石墨炔及不同氮掺杂石墨炔的结构示意图

利用水热法使石墨炔与二氧化钛通过Ti―O―C形成复合材料，表现出比纯二氧化钛、二氧化钛碳纳米管复合材料以及二氧化钛与石墨烯复合材料更优越的光催化性能[14]；石墨炔-Cd Se复合材料用作光电化学水裂解电池的空穴转移层,暴露在Xe灯下，其电流密度在中性水溶液中可以达到70 A·cm-2，另外，其在光电阴极的析氢中法拉第效率超过三次以上能够达到(90±5)%，并在12 h内显示出优越的稳定性，证明石墨炔是很好的空穴传输层材料并在光催化和光电方面极具竞争优势[15]；通过石墨炔的炔键、大比表面和孔洞结构与过渡金属催化原子之间的协同作用，在石墨炔上可负载过渡金属Ni和Fe等零价金属原子并实现其表面活性组分的高度分散(图3)，解决传统载体上作为团簇存在的单原子催化剂易迁移、聚集和电荷转移不稳定等关键问题，实验证明，石墨炔负载的零价过渡金属催化剂在析氢反应催化过程中表现出了高稳定性，且催化性能更为优越，过电位为0.2 V时，这种催化剂的质量活性是商业Pt/C (质量比20%)的34.6倍，并在酸体系下显示了超高的稳定性，为发展新型高效催化剂开拓了新的方向[16]；石墨炔可以增强电荷分离和定向电子转移，将其作为助催化剂可以提升Ti O2基光催化CO2还原反应的还原效率和选择性[17]。4 结语

石墨炔化学是由中国科学家开创的全新领域，吸引了全世界科研工作者的广泛关注和研究兴趣，并成为了一个新的热点。石墨炔独特的二维平面结构和三维孔道结构，使其在能量存储和催化等方面有重要的应用价值。目前，对石墨炔家族的研究还处于初始阶段，需要做的工作还有很多，尤其是在石墨炔的单层及多层可控制备、结构表征、性能调控等方面仍然需要进一步探索和完善，这些挑战和机遇都将进一步推动石墨炔及石墨炔复合材料的进步和发展。这种具有完全中国自主知识产权的碳材料能够给大学生的学习及研究生涯提供良好的研究课题和方向，故该材料的相关知识介绍应该进入大学化学课堂，让学生认识并了解。


本文编号：3437483