石墨炔（Graphdiyne ，GDY） 是一种很有前途的碳同素异形体，在各个学科中都引起了极大的兴趣。作为一种新兴的能量转换材料，GDY表现出区别于传统碳材料的独特结构和性能，在快充电池、氢能转换等应用中均取得了不错的进展。

近年来，各类石墨炔的衍生材料不断涌现，如氧化石墨炔、氮掺杂石墨炔、氟化石墨炔等等，在能源、催化、光电等诸多领域取获得了突破性进展。

本期小丰整理了3篇GDY及其衍生材料在能源储能领域的研究进展，一起看下吧~

JACS

氧化石墨炔膜在离子传输与能量转换中的应用

石墨炔（GDY）是一种由sp和sp2杂化碳原子组成的新二维碳同素异形体，因其内在的平面内通道、独特的碳杂化结构和适当的带隙，在构建纳米流体膜方面显示出广阔的应用潜力。

2025年3月19日，期刊Journal of the American Chemical Society报道研究人员使用HEB-TMS单体在铜表面合成石墨炔膜，然后以硝酸作为氧化剂，将石墨炔膜功能化为GDYO膜后，从铜基底上剥离并转移到各种基底上。

测试结果显示，GDYO膜对浓度差异驱动的选择性离子渗透具有敏感性。在模拟海水和河水条件下，与未处理的GDY膜相比，GDYO膜的渗透发电性能显著提升，最大功率密度达到约6.09Wm-2，高于原始GDY膜的2.67Wm-2。降低膜的厚度，输出功率可提高至9.2Wm-2。此外，GDYO膜在不同pH值和电解液溶液中还表现出环境适应性的能量转换性能。

该项工作继续研究了GDYO膜在光照下的离子泵送行为。在光照过程中，可以观察到同步且稳定的电流响应。这是由于光照产生的电位差导致单向阳离子迁移，从而在外电路中产生电流。通过改变光照方向，可以观察到反向电流。进一步的研究发现，光致离子电流与光强相关，光强越高，离子泵送越强。

这项工作不仅展示了GDYO在太阳能渗透能转换中的潜力，还为下一代纳米流体新材料的探索提供了分子层面的理解。

文献名称：Light-Boosted Osmotic Energy Conversion and Ion Pumping through a Graphdiyne Oxide-Based Membrane

AngewAA

堆叠氢取代石墨炔用于增强锂存储

石墨炔被认为是极具吸引力的锂离子电池（LIB）负极材料。然而，传统异相催化合成的GDY通常呈现无序堆叠，这在有效缩短锂扩散路径和加速锂扩散速度方面仍有很大的提升空间。

2025年1月20日，期刊Angew报道研究人员通过绿色、简单的醇热法合成了高度有序的AA堆叠氢取代石墨炔（HsGDY），并将其应用于高性能锂离子电池。

受均相催化体系中长程有序共价有机框架（COF）的溶剂热合成启发，研究人员开发了一种醇热法制备结晶HsGDY。在乙酸铜一水合物（Cu(OAc)2·H2O）的均相催化体系中，并通过密度泛函理论（DFT）验证，三乙炔基苯（TEB）偶联形成具有六边形孔的规则HsGDY环状结构。随后，更多的TEB分子参与偶联反应，连续生长为HsGDY纳米片。最终，在HsGDY纳米片层间强π-π相互作用的驱动下，形成了层间相互作用更强的AA堆叠HsGDY有序结构。

高度有序的HsGDY结构为锂离子提供了良好的孔通道，使其能够快速转移。DFT理论模拟计算表明，与任意堆叠相比，AA堆叠结构能够显著降低锂离子吸附能垒，展现出更强的吸附能力，从而提升电化学性能。作为锂离子电池负极材料，AA堆叠HsGDY表现出1040mAhg-1的可逆容量，是商业化石墨负极材料的3倍，也是目前性能最强的GDY基电极材料之一。

这种晶态有序的AA堆叠HsGDY结构在锂离子电池应用中展现出高比容量、优异的倍率性能和良好的循环稳定性，为未来高性能GDY基电极材料的合成及锂离子电池的实际应用提供了新的方向。

文献名称：AA-Stacked Hydrogen-Substituted Graphdiyne for Enhanced Lithium Storage

Advanced Materials

铝配位让氟代石墨炔湿气电池性能提升

近年来湿气发电研究发展迅猛。氟代石墨炔是一种石墨炔的新型衍生物，氟原子的加入拓展了分子通道，增强了湿气生成载流子的传输性能。而且，氟原子作为强极性“硬碱”，能与铝离子等硬酸形成稳定配位，有望提高离子导电性和迁移能力，使氟代石墨炔成为湿气发电领域极具潜力的材料 。

2025年3月11日，期刊Advanced Materials报道研究人员开发了一种基于铝离子-氟配位的氟代石墨炔铝离子湿气电池（FGDY AlMC）。这一新型湿气电池具有超高的质量比功率密度（371.36 μWg-1）、稳定的电压输出（0.65V，持续15小时），能够在多种湿度环境下稳定工作。

在该项工作中，研究人员通过水热合成法，原位将FGDY薄膜生长在商用GFD基底上，然后将FGDY薄膜组装成FGDY AlMC湿气电池，并通过多孔铝电极和钼电极进行连接。

水接触角测试表明，FGDY具有极强的亲水性，极大促进了水分子的吸附，从而提高了湿气发电效率。电池的输出电压为0.65V，电流密度可达65 μAcm-2，并在90%相对湿度下稳定运行。通过长期稳定性测试，FGDY AlMC在超过15小时内维持了稳定的电性能，电压波动极小。

FGDY AlMC的工作机制揭示了铝电极在潮湿环境中通过水分渗透而氧化，生成铝离子，这些铝离子随后迁移至钼电极。氟原子作为硬碱，与铝离子进行配位，显著增强了FGDY的导电性，并加速了铝离子的迁移。FGDY AlMC展现了出色的电性能稳定性和可扩展性，在多次弯曲和长时间循环测试后，电池仍保持稳定输出。

通过串联多个FGDY AlMC单元，可以进一步提高电压输出，且成功为LED灯和电容器充电，展示了其在实际应用中的广阔前景。该装置的集成性高，能够在潮湿环境中为电子设备供电，甚至可作为可穿戴技术的电源，具有巨大的应用潜力。

文献名称：Enhancing the Performance of Fluorinated Graphdiyne Moisture Cells via Hard Acid-Base Coordination of Aluminum Ions

石墨炔材料推荐

XFY01

石墨炔粉末

状态：黑色粉末

结构类型：石墨双炔

XFY05

氧化石墨炔粉末

状态：黑色粉末

片径：50-80 nm

XFY04

石墨炔膜

厚度 : 300-500 nm

基底：铜（Cu）厚度约100微米

XFY06

三氮掺杂石墨炔

片径：50-200 nm

状态：棕黑色粉末

氮含量：13.04at%