青岛动力所开发出具有超高储锂功能的三维锗
中国科学院青岛生物动力与进程研讨所碳基资料与动力使用研讨组研讨制备了一种由线性丁二炔键经过sp3-杂化锗原子构成的类金刚石骨架的三维多孔资料—锗-碳炔(Ge-CDY)，并对其电子结构、带隙及锂存储才能进行了深入研讨。研讨标明Ge-CDY具有优异的离子搬运和分散功能，超高的理论和试验比容量(2701和2340 mA h gˉ1)，并在锂离子电池中完成了超长循环安稳性和杰出的倍率功能。上述结果标明三维锗-碳炔类资料在储能方面具有巨大使用潜力。
Ge-CDY在锂离子电池使用中的体现和与其他资料功能的比较
碳资料由于碳原子的价态改变，能够由适当广泛的碳骨架结构构成，具有杰出的化学和物理功能，在催化、动力、电子等许多范畴得到了广泛使用。碳资料中线性结构的sp-杂化碳原子比较于sp2-杂化和sp3-杂化的碳原子具有杰出的导电性和对金属原子的杰出亲和力，能够构成多用途的富炔资料，如聚炔和石墨炔等。由于sp-C倾向于以直线型衔接，构成单键和三键替换的产品，所以简直一切关于sp-杂化碳资料的报导都不可避免地伴随着sp2或sp3杂化碳原子的引进，只要一维线性聚碳炔是仅有由sp-碳原子构成的碳资料。因而，为了研讨sp-C的本征性质，构建只要sp-C的二维或三维碳基骨架，就必须引进杂原子作为其桥连中心。但是，仅含有sp-C而不掺杂其他杂化碳的三维富炔资料的组成面临着反响前体空间摆放操控的难题。
为了得到一种结构安稳、具有杰出导电性且对碱金属原子具有杰出贮存才能的三维富sp-杂化碳资料，中国科学院青岛生物动力与进程研讨所研讨员黄长水团队在前期替代石墨二炔(Nat. Commun. 2017, 8, 1172;Energy Environ. Sci. 2018, 11, 2893)，替代石墨一炔(J. Mater. Chem. A 2019, 7, 11186)以及硼石墨炔(Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 3968)等富炔碳基资料的制备基础上，规划并制备了由线性丁二炔键经过sp3杂化锗原子构成的类金刚石骨架的三维多孔资料。高含量的sp-C确保了Ge-CDY具有杰出的电导率和带隙，使Ge-CDY在电化学使用方面具有较大潜力。经过SEM、TEM、固体核磁、拉曼、同步辐射等表征确认了Ge-CDY具有清晰的三维碳骨架以及丰厚、均匀分布的纳米孔道，有利于电子、离子的存储和传输，在进一步DFT核算和电池功能测验试验中，体现出超高的理论和丈量比容量(2701和2340 mA h gˉ1)。与其他很多碳基资料比较，Ge-CDY在锂离子电池中展示了超长循环安稳性和杰出的倍率功能。
相关效果已宣布在Energy & Environmental Materials上。研讨得到了国家自然科学基金优秀青年基金项目、中科院前沿重点项目、山东省自然科学基金的支撑。
