我校化学与化工学院李英杰博士在国际权威期刊发表炔碳材料合成及应用开发方面系列原创性成果

近期，我校化学与化工学院李英杰博士在炔碳材料合成及应用开发方面取得系列原创性成果，相关工作发表在国际权威期刊《Green Chemistry》（中科院一区Top期刊，IF 9.3）与《Separation and Purification Technology》（中科院一区Top期刊，IF8.1）上。李英杰博士为论文第一作者兼通讯作者，硕士研究生徐欣怡、强菠、汪晓宇、许申奥等为主要完成人。研究工作得到了国家自然科学基金、安徽省自然科学基金、安徽省高校研究计划项目等支持。

（机械化学合成掺杂炔碳材料及其应用性能探究）

新型碳材料的研发是材料科学领域的重要分支，近年来炔碳材料以其独特的组成结构和巨大的应用潜力，受到科学家们的广泛关注，已成为继石墨烯之后，新型碳材料领域的研究热点和前沿。同时，针对炔碳材料的功能化，杂原子的引入可调控炔碳材料的孔结构与比表面积，增加有利于离子嵌入的活性缺陷，使之具备更好的应用性能。在现有的二维炔碳材料中，石墨双炔通过掺杂改性，并取得了良好的效果；同样极具研发价值的石墨单炔的掺杂亟待推进。

（含氧石墨炔的合成过程）

（所合成含氧石墨炔的组成结构表征）

团队采用机械化学技术来激活电石的反应活性，从而使之与有机含杂原子的多卤化物反应，实现了几种掺杂炔碳材料的合成，并对其应用性能进行了开发。具有POPs特性的十溴二苯醚通过与电石的机械化学反应，被高效转化为具有独特结构和高电化学性能的含氧石墨炔。该过程通过炔基对卤素的亲核取代，构建了具有炔基键接的二维碳骨架结构。在较为温和的反应条件下，十溴二苯醚高效地转化为高附加值的碳材料，体现了该绿色过程的高效性、环保性和经济优势。所合成的含氧石墨炔具有炔基键接的碳骨架、发达的孔隙、高度有序的多层结构以及原位掺杂的含氧集团等独特的组成和结构。研究发现，该含氧石墨炔具有典型的超电容性能、较高的比电容、良好的倍率性能、出色的电导率和优异的循环稳定性，在储电和导电方面具有广阔的应用前景。该工作通过机械化学策略，实现了功能性氧基石墨炔的高效合成与有害物质的绿色降解的有机结合，为先进炔碳材料的开发和溴化阻燃剂的资源化利用提供了新思路。

（原位硫掺杂石墨单炔的合成）

（所合成原位硫掺杂石墨单炔的Hg(II)吸附性能）

团队通过机械化学激发电石的反应活性，使之与四溴噻吩反应，实现了原位硫掺杂石墨单炔的高效合成。通过活性炔基对中四溴噻吩溴的深度亲核取代，构建了具有炔基键接的噻吩碳骨架结构的二维原位硫掺杂石墨单炔；该机械化学合成工艺高效、经济、绿色，相较于目前已有的其他炔碳材料合成方式，更具有工业化潜力。所得原位硫掺杂石墨单炔具有炔基键接的噻吩碳骨架、原位掺杂的含硫集团、纳米片状的主体形貌、分级多孔的孔隙以及有序的内部结构等的独特组成和结构。研究发现，作为Hg(II)的吸附剂，其表现出快速的吸附行为、超高的Hg(II)吸附量、优异的可回收性和良好的选择性；而作为超级电容器电极材料，其展现出典型的超级电容行为、较高的比电容、良好的导电性和优异的长周期循环稳定性。该工作实现了原位硫掺杂石墨单炔的高效合成，为原位掺杂石墨单炔的合成提供了一条绿色可行的路线，也为石墨炔类炔基碳材料的精确合成和结构调控研究提供了助力。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.seppur.2024.128596

https://doi.org/10.1039/D4GC00924J

（撰稿：李英杰 审核：韩新亚 张苒 黄敏）

标签：高效  材料  结构