Litiumjonbatterier innehåller vanligtvis grafitkol som anodmaterial. Forskare har undersökt kolsyran nanoweb graphdiyne som ett nytt tvådimensionellt kolnätverk för dess lämplighet i batteriapplikationer. Graphdiyne är lika platt och tunn som grafen, som är den tunna versionen av grafit med ett atomlager, men den har en högre porositet och justerbara elektroniska egenskaper. I journalen Angewandte Chemie , forskare beskriver dess enkla bottom-up-syntes från skräddarsydda prekursormolekyler.

Kolmaterial är de vanligaste anodmaterialen i litiumjonbatterier. Deras skiktade struktur tillåter litiumjoner att resa in och ut ur utrymmena mellan lagren under battericykling, de har ett mycket ledande tvådimensionellt hexagonalt kristallgitter, och de bildar ett stall, poröst nätverk för effektiv elektrolytpenetrering. Dock, finjusteringen av de strukturella och elektrokemiska egenskaperna är svår eftersom dessa kolmaterial mestadels framställs av polymert kolmaterial i en top-down syntes.

Graphdiyne är ett hybrid tvådimensionellt nätverk tillverkat av hexagonala kolringar överbryggade av två acetylenenheter ("diynen" i namnet). Graphdiyne har föreslagits som ett nanowebbmembran för separation av isotoper eller helium. Dock, dess distinkta elektroniska egenskaper och webbliknande struktur gör också grafdiyn lämplig för elektrokemiska tillämpningar. Changshui Huang från den kinesiska vetenskapsakademin, Peking, och kollegor har undersökt litiumlagringsförmågan och de elektrokemiska egenskaperna hos skräddarsydda, elektroniskt justerade grafdiynderivat.

Forskarna syntetiserade grafdiynderivaten i en bottom-up-strategi genom att lägga till prekursormolekyler på en kopparfolie, som självorganiserade för att bilda ordnade skiktade nanostrukturer. Använda monomerer som innehåller funktionella grupper med intressanta elektroniska egenskaper, författarna utarbetade funktionella grafdiyner med distinkta elektrokemiska och morfologiska egenskaper.

Bland dessa funktionella grupper, de som utövar elektronbortdragande effekter minskade bandgapet för grafdiyn och ökade dess konduktivitet, rapporterade författarna. Cyanogruppen var särskilt effektiv och, när det används som ett anodiskt material, den cyanomodifierade grafdiynen visade utmärkt litiumlagringskapacitet och var stabil under tusentals cykler, som författarna rapporterat.

I kontrast, när graphdiyne modifierades med skrymmande funktionella grupper (metylgrupper) som donerar elektroner till graphdiyne-nätverket, författarna observerade ett större lageravstånd, vilket gjorde materialstrukturen instabil så att anoden bara överlevde några laddnings- och urladdningscykler. Författarna jämförde också båda modifierade grafdiynmaterialen med en "tom" version där endast väte upptog positionen för de funktionella grupperna i nätverket.

Författarna drar slutsatsen att modifierad grafdiyn kan framställas med en bottom-up-strategi, som också är bäst lämpad för att bygga funktionella tvådimensionella kolmaterialarkitekturer för batterier, kondensatorer, och andra elektrokatalytiska anordningar.