中国科学院化学研究所有机固体实验室李玉良

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李玉良，无机化学家，1949年10月生于山东省青岛市，中国科学院化学研究所研究员,2015年11月当选为中国科学院院士。1975年毕业于北京化工学院。曾在荷兰阿姆斯特丹大学，美国圣母大学和香港大学等作访问学者和教授；2007-2015年任科技部国家重大研究计划项目首席科学家，担任Scientific Reports，无机化学等杂志编委以及环太平洋化学大会的分会主席等。
从事以无机化学为基础的交叉科学研究，开展了分子基材料及其聚集态结构、异质结构和性质研究，发展了具有光电活性的碳及富碳材料多维、高有序、大尺寸纳米结构生长方法学；建立了碳材料化学合成系统方法，在铜表面上合成了具有本征带隙sp和sp2杂化的二维碳石墨炔，实现了人工化学合成全碳材料。建立了无机/有机半导体异质结共生长新方法，解决了纳米科学中异质结构相容生长的关键问题，成为国际上生长低维异质结构的经典方法；考虑结构和能量的匹配原则，提出了分子基材料低维结构自组装方法学，实现了大面积、高有序低维聚集态结构的可控制备。在Acc. Chem. Res., Chem. Soc. Rev., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater.等国际权威学术杂志上发表论文500余篇，多次被C& EN News、Materials Today、NPG Asia Materials、Nanotech等作专题评述，他引10000余次。三次获国家自然科学二等奖（第一、第二和第四完成人各一项）两次获北京市科学技术奖（自然科学）一等奖和中国科学院自然科学二等奖一次。
人物简历
黑龙江大学特聘教授
黑龙江大学特聘教授(4张)
1972.4－1975.11 北京化工学院基本有机合成专业学习
1975.111992.12 中国科学院化学研究所助理研究员
1992.12－1996.12 中国科学院化学研究所副研究员
1988.3－1989.10 荷兰阿姆斯特丹大学有机化学实验室访问学者
1998.10－1999.3 香港大学化学系配位化学，访问教授
1999.9－2000.2 美国圣母大学放射化学实验室光化学和物理实验室，访问教授
1996.12－至今 中国科学院化学研究所研究员
2015年12月7日，当选中国科学院院士
2016.9—至今，黑龙江大学特聘教授
研究方向
有机和无机/有机杂化超分子聚集态结构,富勒烯化学；有机纳米结构和材料,主要是设计、合成具有光电活性的有机及有机高聚物材料、无机/有机聚集态结构材料及共轭高聚物材料等。
学术职务
中国科学院有机固体重点实验室副主任。
国家自然科学基金委员会重大研究计划指导专家组成员。
科技部国家重大科学研究计划“973”项目首席科学家（2006-2015）
获奖荣誉
2002年，2005和2014年三次分别获得国家自然科学二等奖
两次获北京市科学技术奖（自然科学）一等奖
一次获中国科学院自然科学二等奖
1999年获得中国科学院自然科学二等奖
2004年获北京市科学技术奖（自然科学）一等奖
2015年12月7日，当选中国科学院院士
2017年05月，获得全国创新争先奖
2017年，何梁何利科学与技术进步奖

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石墨炔基高效储钠电极材料

石墨炔材料是一种唯一能通过低温、常压下合成，同时含有sp和sp2两种杂化形式碳的二维平面全碳材料，是中国科学家在国际上引领的新的研究领域，具有中国知识产权。目前石墨炔已实现了样品的快速宏量制备，及百平方厘米大面积、高质量薄膜的可控制备（图1）。石墨炔具有大共轭体系、优异的导电性能、及优良的化学稳定性，特别是丰富的分子孔道可以提供更多的存储空间及位点，有利于锂钠等金属的吸附及传输。因此，石墨炔材料在多种储能器件方面均展现出优异的综合性能和巨大的应用空间。石墨炔的基础和应用研究，一直吸引世界各国科学家的目光。

　　近日，在中国科学院院士李玉良的指导下，中科院青岛生物能源与过程研究所研究员黄长水带领的碳基材料与能源应用研究组，将石墨炔类材料先后应用于锂离子电池、钠离子电池、超级电容器、锂硫电池等多种能源存储器件，并对石墨炔材料结构与电化学性能之间的构效关系进行了深入研究（图1）。

　　该研究组研发、制备了一类新型的硼代石墨炔，并通过理论计算与器件性能表征相结合的方式对其能带结构、电化学性能及储钠机制进行深入分析。通过理论计算，研究了硼代石墨炔材料的能级在炔键（sp碳）与中心杂原子（B）上的分布情况，并进一步分析该类材料能级结构与在实验中所展现的输运性能之间的关系。通过对硼代石墨炔双层排列构型的理论分析结果与实验中获得XRD散射角及分子孔道孔径与分布情况相结合，探讨了硼代石墨炔分子结构与分子平面堆积方式，以及孔径结构之间的内在联系。研究发现，硼代石墨炔对钠原子特殊的化学吸附作用，可以获得极高的理论储钠容量。器件测试结果也证实以硼代石墨炔为电极材料的钠离子电池，具有优异的综合性能，充分显示了该类材料在钠离子电池器件中具备很强的应用潜力，开创了新型储能器件电极材料研究的新方向。相关研究成果被选为VIP文章发表在《德国应用化学》上。

　　研究工作获得国家自然科学基金重大项目、中科院“百人计划”、山东省杰出青年基金等的支持。

　　相关链接： 1 2 3 4 5 6

图1.石墨炔材料在能源存储器件中的应用

图2.硼代石墨炔在钠离子电池中的应用

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　　零价金属原子催化研究方面取得重要突破

在国家自然科学基金重大项目（项目编号：21790050）等资助下，中国科学院化学研究所李玉良院士团队提出了原子催化的新理念，改变了传统的催化观念，实现了该领域的重要突破。研究成果以“Anchoring Zero Valence Single Atoms of Nickel and Iron on Graphdiyne for Hydrogen Evolution”( 石墨炔锚定零价镍/铁金属原子催化析氢)为题，于2018年4月13日在Nature Communications（《自然•通讯》）上在线发表。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467- 018-03896-4。

　　过渡金属原子催化剂是催化领域的研究前沿，目前过渡金属单原子催化剂主要是以团簇的形式存在，价态不能确定或不是整数价态。近几年来科学家们一直期待零价过渡金属原子催化剂的出现，因此，制备零价过渡金属原子催化剂是催化领域的巨大挑战。李玉良研究团队2010年首次化学合成了碳新同素异形体—石墨炔，开拓了碳科学研究的新领域，从石墨炔特殊的化学结构和电子结构出发，在理论上和实验上成功解决了该领域的系列基础科学问题，并与青岛生物能源所、香港理工大学和苏州纳米所等合作，拓展了石墨炔在催化、能源、电化学驱动器以及光电性质等方面的研究（Nat. Commun. 2017, 8,1172；Nat. Commun. 2018, 9,752；Angew. Chem. Int. Ed.2018, 57, 774和Adv. Mater. 2018, 201707082. DOI:10.1002/adma.201707082），发现优异性能，特别是在电化学驱动器电能与机械能量转换方面，提出炔-烯化学键转换新的致动机理，改变了传统电化学驱动器的电容致动机理。石墨炔驱动器比电容高达237 F g-1，换能效率高达6.03%，远高于目前的电化学换能器件（换能效率低于1%），创造了电能与机械能转换的新纪录。

　　近期他们提出通过石墨炔的炔键、超大的表面和孔洞结构与过渡金属催化原子之间的协同作用，在石墨炔上成功负载过渡金属Ni和Fe等零价原子并实现其表面活性组分的高度分散，解决了传统载体上作为团簇存在的单原子催化剂易迁移、聚集和电荷转移不稳定等关键问题。石墨炔负载的零价过渡金属催化剂在催化过程中展示了较高的稳定性，催化剂中金属含量仅有传统单原子催化剂的万分之一，但催化性能更为优异，过电位0.2 V时，该催化剂质量活性是Pt/C（20 %）的34.6倍，该铁和镍催化单位面积最大活性位点数分别是 (2.56 ×1016)和 (2.38×1016)，分别是Pt(111) (1.5×1015)的17倍和15.8倍，并在酸体系下显示超高的稳定性。原子催化剂的出现为发展新型高效催化剂开拓了新的方向。

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题  目：分子材料聚集态：从一维到二维
报告人：李玉良 院士
单  位：中国科学院化学研究所
时  间：2018年5月21日（周一）上午8:30
地  点：南京大学仙林校区化学楼H201

报告摘要：
    分子基材料及其聚集态结构是当前材料科学发展的一个重要研究方向，特别是发展一维和二维的分子聚集态结构材料和异质结构材料，理解它们在光学、电学、光电、能源和催化等方面的基本问题和潜在应用，代表了以化学为基础的交叉科学领域的发展趋势。从创新理念出发建立了系列分子基材料自组装和自组织新方法，结合分子基材料的结构和生长规律以及结构和能量匹配等原则，实现了聚集态结构从一维到二维的可控制备。特别是发展了具有我国自主知识产权二维碳石墨炔的大面积、高有序生长规律。石墨炔由于其特殊的电子结构和化学结构已被国际上广泛关注，正形成了一个新的研究热点和领域并稳定的进入了一个快速发展时期。深入研究大面积高质量石墨炔单层膜、少数层薄膜的可控生长方法学、建立了适合石墨炔表征的新方法、探索了其聚集态结构与性能的关系和在能源、催化、光电等领域的潜在应用是该领域的挑战。

报告人简介：
    李玉良，中国科学院化学研究所研究员、中国科学院大学教授、博士生导师，中国科学院院士。科技部国家重大科学研究计划“973”项目首席科学家（2006-2015），国家自然科学基金委员会重大研究计划指导专家组成员。曾在荷兰阿姆斯特丹大学化学系、美国Nortre Dame (圣母) 大学放射实验室、美国佐治亚理工学院和香港大学化学系从事研究及合作研究。在Acc. Chem. Res., Chem. Soc. Rev., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Nat. Commun.，Adv. Mater., PNAS等国际权威学术杂志上发表论文600余篇。2002年、2005年和2014年三次获得国家自然科学二等奖，两次获北京市科学技术奖（自然科学）一等奖和中国科学院自然科学二等奖一次。是首届全国创新争先奖奖状获得者，2017年获何梁何利科学与技术进步奖。研究领域为碳基和富碳分子基材料定向、多维、大尺寸聚集态结构和异质结构自组织生长、自组装方法学以及在能源、催化和光电等领域的应用。

南京大学化学化工学院  
配位化学国家重点实验室

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《石墨炔：从发现到应用》为国内外第一部全方位、系统地介绍石墨炔从基础科学研究到实际应用探索的前沿著作。由我国首次发现石墨炔的专家，中国科学院院士李玉良先生及其团队核心专家李勇军研究员共同撰写。内容新颖、权威，科学性和可读性强！

合成、分离新的不同维数碳同素异形体是过去二三十年研究的焦点，科学家们先后发现了三维富勒烯、一维碳纳米管和二维石墨烯等新的碳同素异形体（图1），这些材料均成为了国际学术研究的前沿和热点。1996年化学诺贝尔奖被授予了三位富勒烯的发现者，2010年英国曼彻斯特大学的安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫由于在二维碳材料石墨烯方面开创性的研究被授予了诺贝尔物理奖，使得碳材料的研究进入了一个新的发展阶段，同时也激起了科学家们对新型碳的同素异形体的研究热忱和兴趣。

2010年，李玉良团队提出了在铜箔表面上通过化学方法原位合成石墨炔并首次成功地获得了大面积（3.61cm2）的石墨炔薄膜，且第一次被李玉良等研究人员用汉语命名为“石墨炔”。从结构上，石墨炔可以被看作是石墨烯中三分之一的C―C中插入两个C≡C（二炔或乙炔）键，这使得这种石墨炔中不仅具备苯环，而且还有由苯环、C≡C键构成的具有18个碳原子的大三角形环。额外的炔键单元使这种石墨炔的孔径增加到大约0.25nm。

对于石墨炔来说，sp和sp2杂化的炔键和苯环，构成了二维单原子层平面构型的石墨炔（图2）；在无限的平面扩展延伸中，与石墨烯相似，为保持构型的稳定，石墨炔的单层二维平面构型会形成一定的褶皱；二维平面石墨炔分子通过范德华力和π―π相互作用堆叠，形成层状结构；18个碳原子的大三角形环在层状结构中构成三维孔道结构。平面的sp2和sp杂化碳结构赋予石墨炔很高的π共轭性、均匀分散的孔道构型以及可调控的电子结构性能。因此，总体来说，石墨炔既具备类似于石墨烯的二维单层平面材料的特点，同时又具有三维多孔材料的特性、刚性平面结构和纳米级孔结构等独特性质。

石墨炔的成功合成，使碳材料家族又诞生了一个新成员，开辟了人工化学合成新碳素异形体的先例。

研究结果发表之后，被国际同行评价为：“这是碳化学的一个令人瞩目的进展，是真正的重大发现”；“是碳化学的一个重大进展，它将为大面积石墨炔薄膜在纳米电子的应用开辟一条道路”。

被Materials Today、NPG Asia Materials、NanoTech和Nature China等权威杂志作专题评述，Material Today 以“Flat-packed carbon”为题指出：“合成、分离新的碳同素异形体是过去二三十年研究的焦点，中国科学家首次合成了新的碳同素异形体——石墨炔；化学家通过碳原子制备独特的分子，然而，化学合成仅含碳的材料更具挑战性，中国科学家用一种直接的方法合成了3.6cm2的石墨炔薄膜。中国科学家研究表明石墨炔优良的性能可与硅媲美，有可能成为未来电子器件的关键材料……”。

Nature China报道：“中国科学院李玉良等首次合成二维结构石墨炔，石墨炔具有和已知碳同素异形体不同的结构和性质，石墨炔将可能成为电子器件领域最重要的材料。”

著名杂志NanoTech 2012年发布年度报告回顾了发现的几类重要材料，指出石墨炔的发现提升了对碳材料研究的强烈兴趣。并指出欧盟已将石墨炔等研究列入下一个框架计划，美、英等国也将其列入政府计划，并将石墨炔列入未来最具潜力和商业价值的材料。2015年该杂志以2015~2025二维材料机遇分析为专题，将石墨炔列为该专题的第七章进行评述。指出在电子、能源、航空航天、电信、医疗以及催化领域的重要潜在应用价值。

世界两大著名的商业信息公司Research and Markets公司和日商环球讯息有限公司评述了2019年前全球纳米技术和材料，将石墨炔列入最具潜力的纳米材料之一。该研究成果还被科技部作为2010年重大基础研究进展列入2010年中国科学技术发展报告中。2015年被评为中国科学院发布的“十二五”25项重大科技成果之一。

石墨炔，具有天然的带隙，属于本征半导体,其存在特别的电荷输运性能。石墨炔在费米能级上下附近具有两个不同的狄拉克锥,这表示石墨炔为自掺杂(self-doped)半导体，原本就具有电荷载流子，不需要像石墨烯一样要通过额外掺杂实现。石墨炔还表现出高的导电性、大的泽贝克系数和低的热导率等特点。为此，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深入探索。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热点领域。

本文摘编自李玉良、李勇军著《石墨炔：从发现到应用》。

石墨炔：从发现到应用

李玉良  李勇军 著

责任编辑：翁靖一

联系电话：64019769

北京：科学出版社 2018.06

ISBN 978-7-03-057525-8

《石墨炔：从发现到应用》为“低维材料与器件丛书”之一。石墨炔是本书作者首次发现的一种新型二维碳材料，全书系统地介绍了石墨炔的理论预测、结构、合成与表征方法、聚集态结构研究及其在电子、信息、能源转化和存储、催化、环境与检测、生物医药等领域的前沿研究及应用探索。本书共分7章：第1章为绪论；第2章介绍了石墨炔的理论预测与发现；第3章主要从理论模拟角度介绍石墨炔的基本性质；第4章介绍了石墨炔的合成与表征；第5章介绍了石墨炔的聚集态结构；第6章介绍了石墨炔的应用；第7章展望了石墨炔材料发展面临的问题和挑战。石墨炔的发展日新月异，本书是作者在石墨炔领域多年原创性研究成果的系统归纳和整理，对石墨炔新材料的发展具有重要的推动意义与学术参考价值。

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2D石墨炔材料：能源领域的挑战和机遇

相图：顶点处的单一杂交状态的碳组成的材料，沿边缘包含两种杂交状态的混合物的材料以及三角形内具有所有三种杂交状态的材料

石墨炔（Graphdiyne, GDY）是一种新型的二维（2D）碳同素异形体，是由sp和sp2碳共杂化形成的单原子厚的二维平面网络结构全碳分子，是材料科学领域的一颗迅速崛起的明星。因其独特的化学结构、电子结构及奇特的化学和物理性质，石墨炔迅速成为化学、物理和材料科学领域研究的焦点，受到科学家的极大关注。石墨炔在能源、催化、光学、电学、光电子器件等诸多领域展现出巨大的应用潜力，在国际上产生了重要影响，正在全球范围内形成新的研究方向。中国科学院化学研究所李玉良院士、北京大学张锦教授、刘忠范院士和国家纳米科学中心赵宇亮院士等人共同撰写了有关GDY研究的最新综述，重点阐述了石墨炔在能源领域的理论和实验研究进展，介绍了石墨炔基新型能量转换和储能的重要成果，并探讨了石墨炔材料未来挑战和机遇，认为石墨炔奇特的结构和性质有可能突破当前可再生能源和清洁能源材料发展和利用的瓶颈。

文献链接：2D graphdiyne materials: challenges and opportunities in energy field. (SCIENCE CHINA Chemistry, 2018, DOI: 10.1007/s11426-018-9270-y)

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孟庆波&李玉良AEM：石墨炔掺杂提高钙钛矿太阳能电池的水稳定性

孟庆波和李玉良课题组将Graphdiyne（GDY）引入到钙钛矿膜中，以构建用于平面钙钛矿太阳能电池（PSC）的钙钛矿/石墨烯（PVSK GDY）本体异质结。该PVSK/GDY异质结可以提供额外的传输通道以促进激子分离并促进光生电子提取，进而提高光生电流。同时，GDY的引入可以钝化晶界和界面以有效地抑制载流子复合，获得更高的填充因子。最终实现高达20.54％的效率。此外，这种PVSK/GDY异质结的钙钛矿膜有优异的水稳定性。

Li H, Zhang R, et al.Graphdiyne-Based Bulk Heterojunction for Efficient and Moisture-Stable Planar Perovskite Solar Cells[J]. Advanced Energy Materials, 2018.

DOI: 10.1002/aenm.201802012

https://doi.org/10.1002/aenm.201802012

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李玉良&酒同钢Nano Lett.：21.01%效率，石墨炔提高钙钛矿太阳能电池性能

李玉良联合酒同钢课题组首次采用石墨炔（GD）作为钙钛矿活性层中的主体材料。在电池中制备时，GD活性材料占比为25%时，效率最高为21.01％，并无回滞现象。研究发现GD作为主体材料，对钙钛矿活性层的形貌和结晶产生显着影响，进而提高光电性能。通过引入GD，MAPbI3薄膜具有高度结晶、大尺寸晶畴和较少的晶界。器件稳定性也得到显着改善。该研究表明，石墨炔作为主体活性物质提高钙钛矿太阳能电池的性能具有很大的潜力。

Li J, etal. Graphdyine as Host Active Material for Perovskite Solar Cell Application[J]. Nano Letters, 2018.

DOI: 10.1021/acs.nanolett.8b02863

https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.8b02863

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物理所李冬梅、孟庆波教授&北化所李玉良院士AEM: 基于石墨炔体异质结且湿稳性高的高效钙钛矿太阳能电池

钙钛矿太阳能电池以其优异的能量转换效率，在光伏领域掀起了新的研究热潮。近几年，钙钛矿电池的光电转换效率逐步飞升，通过调整钙钛矿成分使其效率已高达到22%。这种强大的电池性能主要归功于钙钛矿材料独特的特性，如低激子结合能、吸收可见光的可调带隙、高吸收系数、特别是双极性特性。研究发现，钙钛矿多晶薄膜的电子、空穴迁移率差异较大，尤其对于P型钙钛矿，其空穴迁移率远高于电子迁移率。当器件在光照时，电子传输必然存在一定损耗。构建体异质结是加速激子分离、提高光生载流子抽取和输运效率的有效手段。目前，基于体异质结的有机太阳能电池的应用已经非常成功，但是将体异质结应用于钙钛矿太阳能电池的工作鲜有报道。显然，选择合适的半导体材料（高的载流子迁移率以及合适的能带结构）是构建高性能体异质结的关键。




石墨炔是一种sp和sp2杂化的π共轭体系的二维材料，其独特的碳结构赋予了材料新的内涵，包括丰富的碳化学键、大的共轭体系、宽面间距、优良的物理化学稳定性和平面内均匀分布的孔洞结构，表现出n型半导体特性，且拥有适当的带隙、理论上高的电子态密度及良好的疏水性。


近日，物理所李冬梅、孟庆波教授联合北化所李玉良院士（共同通讯作者）在钙钛矿太阳能电池展开合作，通过反溶剂法一步将石墨炔引入FA0.85MA0.15Pb(I0.85Br0.15)3钙钛矿层，构建了石墨炔/钙钛矿（GDY/PVSK）体异质结薄膜。实验证明，钙钛矿/石墨炔体异质结的引入为光生载流子提供了一个额外的传输通道，促进了激子分离并提高光生电子的抽取能力，使得电子传输能力得到了进一步改善，电池获得了更高的短路电流。另一方面，石墨炔的引入钝化了晶界和界面，有效地抑制了光生载流子的复合，获得了相对较高的填充因子。钙钛矿电池的光电转换效率（PCE）达到了20.54%。此外，基于石墨炔/钙钛矿体相异质结的钙钛矿薄膜的耐湿性得到明显改善，器件表现出良好的稳定性。这项工作通过构建体相异质结来加速激子分离和光生电子输运，不仅有利于提升器件性能，同时也提高了器件稳定性，为制备高效、稳定的钙钛矿太阳能电池提供了一种新方法。该研究成果以题为“Graphdiyne-Based Bulk Heterojunction for Effcient and Moisture-Stable Planar Perovskite Solar Cells”发布在国际著名期刊Adv. Energy Mater.上。

通过成功的将石墨炔引入到钙钛矿薄膜FA0.85MA0.15Pb(I0.85Br0.15)3中，作者成功制备了一种新型的平面钙钛矿太阳能电池。由于GDY优异的载流子迁移率，这种新型的太阳能电池的光生载流子抽取和电子迁移率大大增加，具有较高的短路电流。就GDY的半导体特性和钙钛矿的能带结构而言，作者还提出了石墨炔/钙钛矿体异质结，其可以通过漂移和扩散力来加速光生载流子抽取和输送，从而大大提高了JSC。同时，实验显示适当添加石墨炔可以有效的钝化晶面和界面，抑制光生载流子的复合，获得更高的FF，其光电转换效率高达20.54%。进一步实验表明，石墨炔的引入可以大大增强钙钛矿薄膜和器件的湿稳性，在长达140天的敞口放置仍能保持95%的光电转换效率。

文献链接：Graphdiyne-Based Bulk Heterojunction for Effcient and Moisture-Stable Planar Perovskite Solar Cells (Adv. Energy Mater. 2018, 8, 1802012)

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李玉良Nat. Commun.：石墨炔助力电催化全解水！

开发高效且工业实用的电催化材料依然存在诸多挑战。中科院化学所李玉良团队及其合作者在泡沫镍上生长了一种三明治结构的石墨炔-LDH复合纳米片双功能电催化剂，同时具有优异的OER和HER性能。研究表明，石墨炔的引入增加了催化活性位点，并抑制了腐蚀行为，从而导致OER和HER以及全解水性能的大幅提升。

Hui L, Xue Y, Jia D, et al. Overall watersplitting by graphdiyne-exfoliated and -sandwiched layered double-hydroxide nanosheet arrays[J]. Nature Communications, 2018.

DOI: 10.1038/s41467-018-07790-x

https://www.nature.com/articles/s41467-018-07790-x

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李玉良JACS：超分子化学助力石墨炔合成

直接合成高晶态的石墨炔类似物依然是一个极具挑战性的课题。有鉴于此，中科院的李玉良和李勇军团队将超分子化学的策略引入石墨炔类似物的合成上，以π-π/CH-π相互作用为驱动力，成功合成出了高晶态的石墨炔类似物。

Zhou W, Li Y, Li Y, et al. Direct Synthesis of Crystalline Graphdiyne Analogue Based on Supramolecular Interactions[J]. Journal of the American Chemical Society, 2018.

DOI: 10.1021/jacs.8b09945

https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/jacs.8b09945

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石墨炔是一种新兴的二维碳材料，由李玉良院士团队于2010年首次制备，受到了国内外的广泛关注。石墨炔是一种具有很大发展潜力的新碳同素异形体，由于其奇特的sp和sp2电子结构并具有本征带隙，展现了已发现的碳材料难以出现的性质。近年来，石墨炔已经在锂离子电池，催化剂，太阳能电池，电化学驱动器等方面开展了系列前沿性探索研究，取得了引人注目的研究成果。

有鉴于此，中国科学院化学研究所李玉良院士团队深刻分析了石墨炔的本征性质，结合电化学能源转换中电化学界面的关键性问题，提出了石墨炔基新型电化学界面，为解决电化学能源转换器件中的诸多关键科学问题带来新的认识和理解，并指出了石墨炔研究领域存在挑战和机遇。

石墨炔具有很大的发展空间，与此同时，也存在着如下几个主要的挑战：

（1）生长方法学：大面积制备高结晶度的单层和少数层石墨炔薄膜。研究石墨炔的生长动力学过程，揭示石墨炔从非晶到晶态转化的主要影响因素。

（2）表征：获得大面积、高趋向石墨炔原子相结构，深刻理解和认识光学、声学、磁学等方面的本征性质。发展无损的石墨炔薄膜转移方法以及制备高质量的器件是关注的重点。

（3）理论模拟：针对不同的电化学应用及机理研究应建立正确的计算模型。

（4）界面分析：先进的实验方法表征界面结构和界面协同效应。在高度晶态的电极表面原位生长少数层或者单层晶态石墨炔，并原位研究其作用是行之有效的方法。

参考文献：

Zicheng Zuo, Yuliang Li. EmergingElectrochemical Energy Applications of Graphdiyne. Joule 2019.

DOI: 10.1016/j.joule.2019.01.016

https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(19)30045-5

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零价原子催化剂的出现对催化科学具有极大的吸引力。多年来，科学家们对零价原子催化剂的稳定性进行了探索，并证明了其独特的性能。近日，中科院化学所李玉良等团队合作，通过一种简便、可扩展的合成工艺合成了一种原子分散的零价Mo原子在石墨炔(Mo0/GDY)上的原子催化剂(AC)，该催化剂中Mo原子的质量含量高达7.5 wt.%。实验发现，该催化剂在常温常压水溶液中催化电化学还原氮(ECNRR)和析氢反应(HER)均表现出良好的选择性和活性。值得一提的是，该催化剂是第一种高效、选择性地产生氨和氢的双功能AC催化剂。

Lan Hui, Yurui Xue,*, Yuliang Li*, et al. Highly Efficient and Selective Generation of Ammonia and Hydrogen on a Graphdiyne-based Catalyst. J. Am. Chem. Soc., 2019

DOI: 10.1021/jacs.9b03004

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b03004

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中科院化学所的李玉良院士团队设计和制备了大面积胺基功能化石墨炔，这样保证了石墨炔膜在多层结构时同样具有很好的选择透过功能，同时也能通过酸碱相互作用增强Nafion和石墨炔的相容性，调节Nafion在石墨炔上的微相分离，进一步增强膜的选择性透过功能，他们和浙江理工大学蒋仲庆教授合作，将其用在解决DMFC的甲醇渗透问题，展现出很好的甲醇抑制作用，为从分子尺度解决甲醇渗透提供了新的思路。该工作成功避开了穿孔技术和薄碳膜制备方面的挑战，将有利于推动高选择性的二维多孔石墨炔膜在众多新兴领域的应用研究。研究成果以题为“Large-Area Aminated-Graphdiyne Thin Film for Direct Methanol Fuel Cells”发布在国际著名期刊Angew. Chem. Int. Ed.上。

shiren

中国科学院李玉良院士和左自成首次展示了一种创新的方法，可以在小分子有机正极上原位编织石墨炔纳米涂层。该方法表明，在温和条件下，石墨炔可以无缝涂覆在小分子有机正极上，具有重要意义。小分子有机正极在低电导率和分子溶解方面的关键问题得到了有效改善。通过无缝编织这种石墨炔纳米壳，可以成功制备高度稳定的有机正极。使用这种方法，有机正极的有效质量负载大大提高到了93％，与现行的LIB相当。研究结果表明，基于此类有机正极，可以实现接近主流LIB的能量密度。石墨炔先进的原位涂覆技术对开发高能量密度有机电池具有重要意义。

文献链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202000140

xutuo

11月13日，中国科学院科技战略咨询研究院、中国科学院文献情报中心与科睿唯安联合向全球发布了《2020研究前沿》报告。报告基于2014年-2019年的论文数据，遴选展示了11个高度聚合的大学科领域中，较为活跃或发展迅速的110个热点前沿和38个新兴前沿，较为客观地反映了相关学科的发展趋势。“石墨炔研究”入选《2020研究前沿》化学与材料科学TOP10热点前沿。
　　石墨炔是首次采用人工合成化学获得的全新结构的二维碳材料，也是国际公认的具有我国自主知识产权新发现，是中国科学家开创的新领域。自2010年中国科学院化学研究所李玉良院士团队率先在国际上报导石墨炔的制备方法以来，持续引领了国际上该领域的研究，并在能源转化、电催化等多个领域实现了广泛应用。

tianjiao

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2022年1月20日中国科学院召开2022年度工作会议，会上中国科学院副院长、党组成员周琪宣读了《中国科学院关于授予2021年度中国科学院杰出科技成就奖的决定》，化学所李玉良院士领衔的“二维碳石墨炔”研究集体荣获2021年度中国科学院杰出科技成就奖。中国科学院党组书记、院长侯建国为获奖集体和个人颁奖。  

　　2010年李玉良团队率先在国际上报道了石墨炔的制备方法，使碳材料家族诞生了一个新成员，开辟了人工低温、常压化学合成全碳材料的先例。石墨炔是国际公认的具有我国自主知识产权新发现，是中国科学家开创的新领域。十多年来，该团队合力攻关，解决了石墨炔可控制备、生长及聚集态结构的形成等基础科学问题，建立了石墨炔体系理论计算方法、结构表征技术等，并在催化、能源、光电、生命科学、智能信息和新模式物质转化与转换等领域产生系列原创性成果，持续引领了国际上该领域的研究。