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少层石墨双炔纳米片的微波辅助法快速、连续可控制备及其在高性能钾金属电池的应用研究

孔娅 张世鹏 殷玉玲 张子璇 冯雪廷 丁峰 张锦 童廉明 高鑫

新型炭材料(中英文)2025,Vol.40Issue(3):642-650,9.
新型炭材料(中英文)2025,Vol.40Issue(3):642-650,9.DOI:10.1016/S1872-5805(25)60987-5

少层石墨双炔纳米片的微波辅助法快速、连续可控制备及其在高性能钾金属电池的应用研究

Microwave-enabled rapid,continuous,and substrate-free synthesis of few-layer graphdiyne nanosheets for enhanced potassium metal battery performance

孔娅 1张世鹏 2殷玉玲 3张子璇 4冯雪廷 4丁峰 5张锦 4童廉明 6高鑫4

作者信息

  • 1. 北京大学,化学与分子工程学院,北京分子科学国家研究中心,材料科学与工程学院,北京 100871||中国航天科技集团有限公司,中国航天科技体系与创新研究院,北京 100088
  • 2. 西北工业大学,陕西省石墨烯联合实验室,材料科学与工程学院,纳米能源材料中心,凝固技术国家重点实验室,陕西 西安 710072
  • 3. 苏州实验室,江苏 苏州 215123||中国科学院深圳先进技术研究院,碳中和技术研究所,广东 深圳 518055
  • 4. 北京大学,化学与分子工程学院,北京分子科学国家研究中心,材料科学与工程学院,北京 100871
  • 5. 苏州实验室,江苏 苏州 215123||深圳大学,材料学院,广东 深圳 518055
  • 6. 北京大学,化学与分子工程学院,北京分子科学国家研究中心,材料科学与工程学院,北京 100871||北京大学深圳研究生院新材料学院,广东 深圳 518055
  • 折叠

摘要

Abstract

Graphdiyne(GDY)is a two-dimensional carbon allo-trope with exceptional physical and chemical properties that is gain-ing increasing attention.However,its efficient and scalable synthesis remains a significant challenge.We present a microwave-assisted ap-proach for its continuous,large-scale production which enables syn-thesis at a rate of 0.6 g/h,with a yield of up to 90%.The synthesized GDY nanosheets have an average diameter of 246 nm and a thick-ness of 4 nm.We used GDY as a stable coating for potassium(K)metal anodes(K@GDY),taking advantage of its unique molecular structure to provide favorable paths for K-ion transport.This modi-fication significantly inhibited dendrite formation and improved the cycling stability of K metal batteries.Full-cells with perylene-3,4,9,10-tetracarboxylic dianhydride(PTCDA)cathodes showed the clear superiority of the K@GDY anodes over bare K anodes in terms of performance,stability,and cycle life.The K@GDY maintained a stable voltage plateau and gave an excellent capacity retention after 600 cycles with nearly 100%Coulombic effi-ciency.This work not only provides a scalable and efficient way for GDY synthesis but also opens new possibilities for its use in energy storage and other advanced technologies.

关键词

石墨双炔/微波辅助合成/少层/钾金属电池/无枝晶生长

Key words

Graphdiyne/Microwave-assisted synthesis/Few-layer/Potassium metal battery/Dendrite-free

分类

化学化工

引用本文复制引用

孔娅,张世鹏,殷玉玲,张子璇,冯雪廷,丁峰,张锦,童廉明,高鑫..少层石墨双炔纳米片的微波辅助法快速、连续可控制备及其在高性能钾金属电池的应用研究[J].新型炭材料(中英文),2025,40(3):642-650,9.

基金项目

This work was financially supported by National Natural Science Foundation of China(52302034,52402060,52202201,52021006),Beijing National Laboratory for Molecular Sciences(BNLMS-CXTD-202001)and Shenzhen Science and Technology In-novation Commission(KQTD20221101115627004)and China Postdoctoral Science Foundation(2024T170972). 国家自然科学基金(52302034,52402060,52202201,52021006) (52302034,52402060,52202201,52021006)

北京分子科学国家研究中心(BNLMS-CXTD-202001) (BNLMS-CXTD-202001)

深圳市科技创新委员会(KQTD20221101115627004) (KQTD20221101115627004)

中国博士后科学基金(2024T170972) (2024T170972)

新型炭材料(中英文)

OA北大核心

1007-8827

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