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为什么近期石墨炔（GDY）的研究进展值得关注！

先丰纳米

2024-10-22

石墨炔（GDY）是继碳纳米管、石墨烯之后由我国首创并命名的新一代碳材料。由于具有丰富的碳化学键、大的共轭体系、天然的孔洞结构和本征带隙等特征，石墨炔在储能、催化以及传感器等方面表现出巨大优势。

本期小丰整理了3篇TOP期刊里的石墨炔，一起看下~

CEJ

石墨炔上沉积铂用于电化学传感

作为二维后起之秀的碳材料，石墨炔表现出许多独特的特性（例如丰富的炔结构和高π共轭），在电化学传感领域具有重要的应用。

2024年8月2日，Chemical Engineering Journal报道研究人员通过简单的化学沉积方法成功制备了一种新型的石墨炔基纳米复合材料（Pt@GDY）其可用于壬基酚（NPN）和多巴胺（DPA）的电化学传感。

在该项工作中，研究人员以K₂PtCl₄为前驱体，Pt²⁺可以自还原在石墨炔表面形成Pt纳米颗粒，得到Pt@GDY复合材料。研究发现，具有π电子结构和丰富炔基的GDY可以同时作为还原剂和稳定剂，使Pt²⁺自还原在GDY表面形成Pt0纳米颗粒，并且对吸附有机分子具有优异的亲和力。

此外，所得Pt纳米粒子不仅可以解决团聚现象提高GDY的电导率，而且还赋予Pt@GDY优异的催化能力。研究人员采用壬基酚和多巴胺作为两个具有π电子结构的代表性靶标，评价了Pt@GDY的电化学传感性能。由于GDY和Pt NPs之间的协同优势，Pt@GDY表现出突出的电化学传感性能。

实验表明，Pt@GDY混合传感器可以发挥GDY和Pt纳米颗粒的协同优势，对NPN和DPA表现出优异的传感性能，从而构建了相关的灵敏电化学传感器。

该工作不仅开拓了GDY基纳米材料的应用，而且开发了一种新型高效传感纳米材料，并构建了用于NPN和DPA的灵敏电化学传感器，显示出巨大的应用潜力。

文献名称：Electroless deposition of platinum on graphdiyne for electrochemical sensing

DOI:10.1016/j.cej.2024.154512

JACS

用于有效锂硫电池隔膜的磺酸功能化石墨炔

锂硫（Li-S）电池实现了一种有前景的高能量存储系统，同时面临着锂枝晶和多硫化锂（LiPS）穿梭的实际挑战。

2024年8月16日，JACS报道研究人员采用磺化工艺将磺酸基嫁接到石墨炔GDY上，然后对Li−S电池的隔膜进行修饰。这一改进很好地解决了锂枝晶生长和LiPS穿梭的问题。

研究发现，磺酸功能化的石墨炔（SOGDY）保留了最初GDY的结晶全碳网络和均匀的亚纳米孔结构。密度泛函理论（DFT）的计算和实验分析证明，SOGDY改性隔膜（SOGDY/PP）在Li−S电池中表现出独特而有趣的电化学特性。

丰富的SO₃H和均匀的孔隙形成了快速Li⁺传输中继站，有利于快速Li⁺传输乃至锂沉积，并防止锂枝晶生长。SO₃H的空间阻碍和强极性吸附位点有效抑制了LiPS穿梭。此外，SOGDY建立了快速电子转移途径以促进LiPS转换。

因此，SOGDY/PP隔膜在Li−S电池中取得了优异的性能，在2C和1000个循环中，每循环的容量衰减率仅为0.053%。即使在高速率（3C）和低温（−10°C)条件下，电池具有高的初始比容量（804.5mA g⁻¹），在500次循环后最终容量为504.9mA g⁻¹。

在含硫6mgcm⁻²和低浓度电解质（5μL mg⁻¹）的条件下，SOGDY/PP电池的可逆比容量为1084.2 mA hg⁻¹,100次循环的容量保留率为74.3%。此外，它在1 mA厘米⁻²下稳定循环超过3500小时，证明了保护锂阳极的优越性能。

该项工作提出了一种制备具有广泛应用前景的高性能功能隔膜的简便方法，并证明了引入稳定的碳网络和均匀有序的纳米孔是改进Li−S电池隔膜的有效策略。

文献名称：Sulfonic Acid-Functionalized Graphdiyne for Effective Li–S Battery Separators

DOI:10.1021/jacs.4c05107

ACB

新型钯修饰石墨炔调节d带中心增强平方米规模及煤化工废水高效产氢

煤化工产生的大量有机废水需要多道工艺去除有害物质，成本较高。近年来，全球范围内对太阳能向氢能的绿色可持续转化进行了研究。受此启发，可以在煤化工废水中进行光催化制氢，以减少废水处理的投资并实现更好的经济效益。

2024年8月8日，Applied Catalysis B: Environment and Energy报道了研究人员首次使用电石渣产生的乙炔气体作为前驱体制备钯改性的石墨炔（Pd-GDY），并在其表面生长CdS形成Pd-GDY/CdS异质结构材料，以此为基础，首次在牺牲剂、煤化工废水、平方米规模工业制氢中证明了CdS/Pd-GDY的良好稳定性和高效的催化活性。

催化实验结果显示，Pd-GDY/CdS材料在5 W LED灯下实现了7.24 mmol·g⁻¹·h⁻¹的产氢速率。在平方米规模的平板反应器（300 W Xe灯×10）上，产氢率可达到3.42 mmol·h⁻¹，并在60小时内保持不变。

此外，在煤化工废水二级处理（300 W氙灯）环境下，产氢率仍然可以达到7.35 μmol·g⁻¹·h⁻¹。密度泛函理论（DFT）计算表明，Pd-GDY/CdS优异的析氢活性归因于Pd-GDY对d带中心的调节。由于更多的反键能带位于费米能级以下并充满电子，降低了键的稳定性和吸附强度，从而导致氢吸附自由能降低。

这项工作为新型金属GDY的制备及其在废水和工业制氢系统中的应用提供了新的见解。

文献名称：A novel palladium decorated graphdiyne regulating d band center enhanced the ability of square meter scale and coal chemical wastewater for efficient hydrogen production

DOI:10.1016/j.apcatb.2024.124488