石墨炔，这个闪耀着未知潜力的新型碳同素异形体，正悄然改变着我们对材料科学和能源领域的认知。它由sp和sp2杂化的碳原子组成，具有类似石墨烯的平面共轭结构和三维空间中的孔隙状构型。从微观电子学到储能应用，石墨炔正以惊人的速度展现着它在现代材料科学中的无限潜能。研究石墨炔的意义在于深入探索其独特的结构和性质，并将其应用于材料科学之中，宁夏大学的马薇课题组发表综述论文，总结了石墨炔在锂离子电池和储氢器件中的研究进展，通过分析众多理论计算与实验成果，提出了一些助力石墨炔早日大规模商业化应用的方法。

1.调控石墨炔电化学性质的新方法

结合第一性原理计算，研究者们发现许多因素会对石墨炔性质产生影响。相较于单层石墨炔，多层结构中增强的层间范德华力会增大带隙，影响其光学吸收，此外多层结构的电子结构在外加电场的作用下也会发生改变，实验中可以通过控制合成石墨炔的厚度来获得期望的性质。改变施加在石墨炔上的应力，它的电子结构可能会在半导体和金属之间变化。通过在石墨炔表面吸附过渡金属原子不仅可以精确调制其电子结构，更能使它表现出强磁特性。

2.高效合成石墨炔的新方法

依据实验中有无液相参与，石墨炔的合成方法可以分为两类，干化学法和湿化学法。液相耦合反应是目前用来合成高质量薄层石墨炔最常用的方法，该方法可以合成具有高度结构有序性的石墨炔及其衍生物。而干化学法如气相化学沉积则很适合用来大规模合成石墨炔。

3.石墨炔在锂离子电池中的应用

石墨炔在锂离子电池中通常用作电极或导电添加剂，同时还可起到限制锂枝晶生长的作用。通过在石墨炔中掺入其他原子如氮和硼，可以改变石墨炔内在结构，提供更多吸附位点，加强锂离子与石墨炔的反应，是一种高效且广泛用来改善石墨炔基电池性能的方法。实验中将不同微观形态(如纳米带，纳米管)的石墨炔作为电极材料也会对电化学性能带来不一样的影响。

4.石墨炔在储氢器件中的应用

大比表面积和孔洞结构赋予石墨炔强有力的储氢能力。轻金属(如锂钠钾)的嵌入可以增强氢原子与石墨炔之间的键和强度，提高界面电荷转移能力和稳定性，研究还发现负载轻原子甚至可以使石墨炔从半导体变成金属。原子掺杂也是一种有效提高石墨炔储氢能力的方法，碳相近的元素如硼和氮等是非常理想的掺杂剂。

结论与展望

该综述详细介绍了新型碳材料石墨炔在锂离子电池和储氢方面的应用，同时讨论了优化石墨炔电化学性质的诸多方法。尽管GDY在锂离子电池和氢存储器件中表现出高功率密度和能量密度，但实际容量与理论容量之间仍存在差距。为此，需要在以下方面深入研究：

– 探明石墨炔与锂离子/氢原子相互作用(吸附与解离过程)机制

– 控制石墨炔的形貌和微观结构，以改善实际性能

– 研究不同改性方法(内在缺陷，表面修饰)对石墨炔整体储能性能的影响机制

– 开发新型低成本、环境友好的石墨炔合成方法