石墨炔结构表征及在光电催化反应中的应用
石墨炔空间群
石墨炔空间群
石墨炔空间群是一种具有特殊结构的材料，它在材料科学领域引起了广泛关注。
石墨炔空间群的特殊结构使其具有许多独特的性质和应用潜力。
石墨炔空间群的结构由石墨炔单层构成，这是一种由碳原子组成的二维材料。
石墨炔单层由两个石墨烯单层通过碳原子键合而成，形成了一种新的晶格结构。
这种结构具有高度有序的排列方式，使得石墨炔空间群具有较高的稳定性和机械强度。
石墨炔空间群的独特结构使其具有许多重要的应用。
首先，石墨炔空间群具有优异的电导率和热导率。
这使得它在电子器件和能源存储领域有着广泛的应用前景。
其次，石墨炔空间群还具有良好的光学特性，可以用于光学器件和光电子学领域。
此外，石墨炔空间群还具有较大的比表面积和孔隙结构，可用于气体吸附和分离。
石墨炔空间群的制备方法主要有化学气相沉积和机械剥离等。
通过这些方法可以制备出具有不同形态和尺寸的石墨炔材料。
然而，目前仍然存在一些挑战和难题，例如制备工艺的复杂性和成本的高昂性，限制了石墨炔空间群的进一步应用和发展。
石墨炔空间群是一种具有特殊结构和优异性能的材料。
它具有广泛的应用前景，并在材料科学领域引起了极大的兴趣。
随着技术的发展和研究的深入，相信石墨炔空间群将在未来取得更多的突破和应
用。
石墨炔的化学修饰及功能化
石墨炔的化学修饰及功能化李勇军;李玉良【摘要】石墨炔特殊的电子结构和孔洞结构使其在信息技术、电子、能源、催化以及光电等领域具有潜在、重要的应用前景.近几年石墨炔的基础和应用研究己取得了重要成果,并迅速成为了碳材料研究中的新领域.石墨炔中炔键单元的高活性为其化学修饰与掺杂提供了良好的平台.在这篇综述中,我们将重点介绍石墨炔的非金属杂原子掺杂、金属原子修饰以及表面改性,并深入探讨掺杂与衍生化对石墨炔材料的电子性质的影响及其对光电化学催化性能的协同增强.【期刊名称】《物理化学学报》【年(卷),期】2018(034)009【总页数】22页(P992-1013)【关键词】石墨炔;掺杂;非金属杂原子;金属原子;化学修饰【作者】李勇军;李玉良【作者单位】北京分子科学国家实验室,中国科学院分子科学科教融合卓越中心,中国科学院化学研究所有机固体院重点实验室,北京100190;中国科学院大学,北京100049;北京分子科学国家实验室,中国科学院分子科学科教融合卓越中心,中国科学院化学研究所有机固体院重点实验室,北京100190;中国科学院大学,北京100049【正文语种】中文【中图分类】O6491 引言石墨炔(graphdiyne，GDY，2010年第一次被李玉良等用汉语命名为石墨炔)，由sp和sp2杂化形成的一种新型碳的同素异形体，它是由 1,3-二炔键将苯环共轭连接形成二维平面网络结构，具有丰富的碳化学键，大的共轭体系、宽面间距、多孔、优良的化学和热稳定性和半导体性能、力学、催化和磁学等性能，是继富勒烯、碳纳米管、石墨烯之后，一种新的全碳二维平面结构材料1–5。
自2010年我们首次通过化学合成获得以来6，石墨炔吸引了来自化学、物理、材料、电子、微电子和半导体领域的科学家对其诱人的半导体、光学、储能、催化和机械性能进行了探索。
石墨炔特殊的电子结构和孔洞结构使其在信息技术、电子、能源、催化以及光电等领域具有潜在、重要的应用前景，近几年石墨炔的基础和应用研究已取得了重要成果，并迅速成为了碳材料研究中的新领域 7–14。
石墨炔—超能力媲美石墨烯
化学性质
TiO2(001)-GD复合 物的电子结构、电 荷分离和氧化能力 都优于纯TiO2(001) 和TiO2(001)-GR复 合物，通过实验验 证了理论计算结果， 在光催化降解亚甲 基蓝的实验中 TiO2(001)-GD的降 解反应速率常数是 纯TiO2(001)的1.63 倍，TiO2(001)-GR 的1.27倍。
展望
理论和实验都已经证明，石墨炔在电子、微电 子、半导体、各类分离膜，储能材料和锂离子电池 负极材料等方面具有重要和潜在的应用前景。石墨 炔在许多领域表现出非常奇特的性质和性能，有可 能发展成为未来高技术领域的关键材料。 但是，对石墨炔基材料的应用研究正处于起步 阶段，迄今为止在理论预测的石墨炔家族中，也仅 仅只有石墨二炔被成功合成，并且性质以及功能化 方面等研究刚刚开始，因此该领域有许多重要挑战 和机遇，以及重大科学问题需要去解决，具有广阔 的研究空间。
直至 2010 年， 李玉良课题组在 石墨炔的制备方 面取得了重要突 破，成功地在铜 片表面上通过化 学方法合成了大 面( 3.61cm2) 具 有二维结构的高 分子石墨炔薄膜。
研究人员发现， 石墨炔薄膜是一 类性能优良的锂 离子电池负极材 料。
研究人员将石墨 炔掺杂进杂化钙 钛矿器件的电子 传输层，有效地 提高了电子传输 层的电导，进而 提升了钙钛矿电 池的器件性能； 围绕石墨炔的电 容器性能开展研 究时，发现其具 有优异的电容器 性能，电容也远 高于其他碳材料
制备方法
1.金属催化的交叉偶联反应
2.炔烃复分解 3.模板合成 宏量制备高纯度石墨炔 利用六炔基苯（C18H6）在铜片的催化作用下发生偶联反 应。 在这一过程中铜箔不仅作为交叉偶联反应的催化剂、生 长基底，而且为石墨炔薄膜的生长所需的定向聚合提供了大 的平面基底。
石墨炔
石墨炔链接：/baike/2164.html石墨炔简介2010年，中科院化学所有机固体院重点实验室科研人员在国家自然科学基金委、科技部和中国科学院的资助下，在石墨炔研究方面取得了重要突破。
研究人员利用六炔基苯在铜片的催化作用下发生偶联反应，成功地在铜片表面上通过化学方法合成了大面积碳的新的同素异形体——石墨炔（graphdiyne）薄膜，研究结果发表在2010年的《化学通讯》（Chem. Commun）上。
近20年来，科学家们一直致力于发展新的方法合成新的碳同素异形体，探索其新的性能，先后发现了富勒烯、碳纳米管和石墨烯等新的碳同素异形体，并成为国际学术研究的前沿和热点，形成了交叉科学的独立研究领域。
碳具有sp 3、sp2和sp三种杂化态，通过不同杂化态可以形成多种碳的同素异形体，如通过sp3杂化可以形成金刚石，通过sp3与s p2杂化则可以形成碳纳米管、富勒烯和石墨烯等。
由于sp杂化态形成的碳碳三键具有线性结构、无顺反异构体和高共轭等优点，人们一直渴望能获得有sp杂化态的新的碳同素异形体，并认为该类碳材料具备优异的电学、光学和光电性能而成为下一代新的电子和光电器件的关键材料。
石墨炔是第一个以sp、sp2和sp3三种杂化态形成的新的碳同素异形体，最有可能被人工合成的非天然的碳同素异形体。
化学所有机固体院重点实验室科研人员长期致力于碳材料的合成、聚集态结构和性能的研究。
他们成功研究出石墨炔薄膜后，Chem. Commun的审稿人在评价这一研究成果时表示：“这是碳化学的一个令人瞩目的进展，大面积的石墨炔薄膜的制备是一个真正的重大发现，研究结果非常让人振奋，并将为大面积石墨炔薄膜在纳米电子的应用开辟一条道路。
”获得的石墨炔薄膜面积可达3.61cm2，是高晶化的单晶薄膜，拉曼光谱显示了其特征峰在1382、1569、1926和2189cm -1，并证实该薄膜具有较高的有序度和较低的缺陷，薄膜电导率为：10-3-10-4 S m-1。
化学课堂新知识：新型碳材料——石墨炔
Univ. Chem. 2020, 35 (12), 201−205 201收稿：2019-10-28；录用：2019-12-16；网络发表：2020-02-03*通讯作者，Email: shanghong@基金资助：中央高校基本科研业务费(2652018053)；中国地质大学(北京)2019年度本科教育质量提升计划建设项目(649199111010)•知识介绍• doi: 10.3866/PKU.DXHX201910058 化学课堂新知识：新型碳材料——石墨炔商虹*，顾宇，王英滨中国地质大学(北京)数理学院，北京 100083摘要：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。
关键词：碳材料；石墨炔；电化学性能；催化性能中图分类号：G64；O6A New Carbon Material: GraphdiyneHong Shang *, Yu Gu, Yingbin WangSchool of Science, China University of Geosciences (Beijing), Beijing 100083, P. R. China.Abstract: Since the first successful chemical synthesis of graphdiyne by the group of Prof. Yuliang Li, this material is attracting much attention and becoming a new research focus and field. As a new carbon allotrope, graphdiyne has a unique three-dimensional pore structure and electronic structure, thus, can be applied in energy storage devices and the fields of catalyst. This article briefly describes theoretical calculation prediction and development of the new material, in particular, its electrochemical property and catalytic property. Introducing this new carbon material into the related teaching of chemistry knowledge of university can expand the academic vision of scientific research and improve the learning interest and scientific research literacy of the undergraduates.Key Words: Carbon material; Graphdiyne; Electrochemical property; Catalytic property1 引言碳元素广泛存在于自然界中，是地球上一切生命的基础。
碳量子点(cqds) 石墨炔量子点
碳量子点(cqds)是一种具有纳米尺度的碳基材料，具有优异的光电性能和化学稳定性，近年来受到了广泛关注。
其中，石墨炔量子点作为一种特殊的碳量子点，在光催化、光电器件、生物成像等领域展现出了巨大的应用潜力。
本文将从以下几个方面详细介绍碳量子点和石墨炔量子点的相关研究进展。
一、碳量子点的制备方法碳量子点的制备方法包括化学氧化方法、电化学法、微波辐射法、激光剥离法、等离子体法等多种途径。
其中，化学氧化方法是最为常见的制备方法之一，通过碳前体的酸碱处理、氧化剥离等步骤，可制备出具有一定量子效应的碳量子点。
二、石墨炔量子点的结构与性质石墨炔量子点具有类似于石墨炔结构的碳原子排列，拥有较小的带隙、较高的导电性和光催化活性。
石墨炔结构的引入使得石墨炔量子点在光电器件中表现出了良好的性能，同时在生物成像领域也表现出了巨大的潜力。
三、碳量子点在光催化中的应用碳量子点作为一种优异的光催化剂，可用于水分解、二氧化碳还原、有机污染物降解等反应。
石墨炔量子点在光催化中的应用研究表明，其具有较高的光催化活性和稳定性，为光催化反应的高效进行提供了可能。
四、石墨炔量子点在生物成像中的应用石墨炔量子点具有较好的生物相容性和荧光性能，被广泛应用于生物成像领域。
其在细胞标记、组织成像、药物传递等方面的应用研究成果丰硕，为生物医学领域的发展带来了新的机遇和挑战。
五、碳量子点的应用前景碳量子点及其衍生物在光电器件、生物成像、光催化等领域的广泛应用展现出了巨大的潜力，但也面临着制备方法简单化、性能稳定化、应用系统化等方面的挑战。
未来的研究方向将集中在碳量子点的制备与改性、性能调控与机制解析、应用拓展与产业化等方面，以期为碳量子点的应用提供更为坚实的基础和保障。
碳量子点和石墨炔量子点作为当前领域的研究热点，其在光电器件、生物成像、光催化等领域的应用前景广阔，但仍需加大基础研究和工程应用方面的投入，以推动碳量子点在相关领域的深入应用与开发。
希望本文的内容能为相关研究和应用工作提供一定的参考和借鉴，期待碳量子点在未来能够迎来更加灿烂的发展。
掺杂杂原子的石墨炔的自上而下方式
掺杂杂原子的石墨炔的自上而下方式石墨炔是一种由石墨和炔烃叠层堆叠形成的类石墨化合物，具有优良的导电性和光学性能。
在石墨炔的研究中，掺杂杂原子是一种常见的方法，可以调控其电子结构和化学性质，从而拓展其在电子器件和催化剂等领域的应用。
本文将从自上而下的角度探讨掺杂杂原子的石墨炔，以期为读者呈现一幅深入、全面的研究画面。
一、掺杂杂原子的概念在石墨炔的研究中，掺杂杂原子是一项关键的研究课题。
掺杂杂原子是指将非石墨炔本身所含的原子掺入到石墨炔的结构中，从而改变其原有性质的一种方法。
通常掺杂的杂原子种类包括氮、硼、氧等，它们可以通过不同的掺杂方式影响石墨炔的电子结构和化学性质，从而赋予石墨炔新的应用特性。
二、自上而下的掺杂方法自上而下是指从杂原子自身的结构和性质出发，控制杂原子的掺入位置和方式，实现对石墨炔结构和性质的精准调控。
在自上而下的掺杂方法中，研究人员通常通过化学气相沉积、化学气相传输等方法将杂原子掺入到石墨炔中，从而实现对石墨炔的精准修饰。
通过原位研究和理论模拟等手段，可以深入探究掺杂杂原子对石墨炔结构和性质的影响机制，为石墨炔的应用提供理论基础。
三、掺杂杂原子对石墨炔性质的影响掺杂杂原子可以显著影响石墨炔的电子结构和化学性质。
以氮掺杂石墨炔为例，氮原子的掺杂可以引入新的能带结构，调控石墨炔的导电性能和光学吸收性能；而硼掺杂石墨炔则可以提高其电化学活性和催化性能。
不同杂原子的掺杂方式和浓度也会对石墨炔的性质产生不同程度的影响，这为石墨炔的定制化设计提供了丰富的可能性。
四、个人观点和展望作为石墨炔研究领域的从业者，我对掺杂杂原子的石墨炔表示出了浓厚的兴趣。
在未来的研究中，我将进一步探究掺杂杂原子对石墨炔性质的影响机制，并尝试开发新的掺杂方法，以期为石墨炔的应用拓展出新的可能性。
我也期待在合作交流中，与更多的研究人员共同探讨、分享关于石墨炔研究领域的最新进展和未来发展方向。
总结：通过自上而下的掺杂方法，可以实现对石墨炔结构和性质的精准调控，为其应用提供了新的可能性。
石墨炔基本性能及其在放射化学领域的应用
第42卷第6期2020年12月Vol. 42 No. 6Dec. 2020核 化 学 与 放 射 化 学Journal of Nuclear and Radiochemistry石墨炔基本性能及其在放射化学领域的应用袁天宇，熊世杰，沈兴海"北京分子科学国家研究中心，放射化学与辐射化学重点学科实验室&应用物理与技术研究中心，北京大学化学与分子工程学院，北京100871摘要：石墨炔作为一种新型的二维碳材料，自2010年首次合成后即得到了广泛的关注和研究。
目前石墨炔在储能、催化、电化学、医药和吸附等领域已经展现出广阔的应用前景。
石墨炔具有特殊三角孔洞结构和大"键 特性，对不同离子具有选择性吸附潜力，在放射化学领域有着潜在的应用价值°之前的工作表明，石墨炔在镧 锕分离、钍铀分离、總铯分离中具有显著的效果。
与此同时，锕系离子被石墨炔吸附后呈现单离子态。
石墨炔的"体系与锕系单离子的5f 电子之间发生强烈的键合作用。
而5f 电子的反馈作用对锕系离子的选择性分离至关重要。
本文首先对石墨炔的合成、性质、应用进行简短的综述，进而对石墨炔在放射化学领域中的初步结果进行介绍，最后对石墨炔在放射化学领域的应用进行了展望。
关键词：石墨炔；放射化学；离子选择性分离；锕系单离子中图分类号:TL12；O615. 11文献标志码：A 文章编号：0253-9950(2020)06-0423-10doi ：10. 7538/hhx. 2020. YX. 2020078Basic Properties of Graphdiyne and Its Application in RadiochemistryYUAN Tian-yu , XIONG Shi -jie , SHEN Xing-hai **收稿日期：2020-09-01!修订日期：2020-10-19基金项目：科学挑战计划(TZ2016004)国家自然科学基金联合基金重点项目(U1830202)作者简介：袁天宇(1992—)，男，河北石家庄人，博士研究生，应用化学专业，E-mail ： yuanty @pku. edu. cn*通信联系人：沈兴海(1965%),男，江苏苏州人，博士，教授，从事超分子化学与核燃料化学研究,E-mail ： xshen @Beijing National Laboratory for Molecular Sciences, Fundamental Science on Radiochemistry andRadiation Chemistry Laboratory, Center for Applied Physics and Technology,College of Chemistry and Molecular Engineering, Peking University, Beijing 100871, ChinaAbstract : As a new type of two-dimensional carbon material & graphdiyne has received exten sive attention and research since it was first synthesized in 2010. Graphdiyne has been widelyusedinthefieldssuchasenergystorage &catalysis &electrochemistry &medicineandadsorp- tion.Duetothespecialtriangularporestructureandlarge "bondcharacteristics &graphdi-ynehasthepotentialforselectiveadsorptionofdi f erentions &sotheapplicationofgraphdi- yne in the field of radiochemistry is greatly expected. It was shown that graphdiyne has obvi- ouse f ectsontheseparationbetweenlanthanidesandactinides &thoriumanduraniumaswe las strontium and cesium. At the same time, it was found that the actinides ions adsorbed onthegraphdiyneareinsingleionstate.The"systemofgraphdiynestronglyinteractswiththe 5felectronsofactinidessingleions &whichfeedbacktographdiyneplayinganessentialrole424核化学与放射化学第42卷in the selective adsorption.This review briefly summarizes the synthesis&properties and application fields of graphdiyne.After that,this review introduces the recent progress of graphdiyne in radiochemistry.At last,this review prospects the application of graphdiyne in radiochemistry based on the existing research.Key words:graphdiyne；radiochemistry；ion selective separation；actinide single ion石墨烘是一种新型的二维碳材料，其基本结构由Baughman[1]在1987年首次提出。