北理工團(tuán)隊(duì)在石墨炔的化學(xué)鍵轉(zhuǎn)換產(chǎn)電領(lǐng)域取得原創(chuàng)性發(fā)現(xiàn)
發(fā)布日期：2022-07-21 供稿：化學(xué)與化工學(xué)院 攝影：化學(xué)與化工學(xué)院
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材料是人類文明的物質(zhì)基礎(chǔ)和先導(dǎo),，是人類認(rèn)識和改造自然的工具,。材料的開發(fā)和應(yīng)用是人類社會文明和進(jìn)步的一個(gè)重要里程碑。這其中,，材料的轉(zhuǎn)化一直是科學(xué)家們非常感興趣的,，特別是一些新的概念、現(xiàn)象和科學(xué)發(fā)現(xiàn),。
近日,，北京理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院陳南副教授團(tuán)隊(duì)在石墨炔（GDY）材料研究領(lǐng)域取得了一項(xiàng)原創(chuàng)性發(fā)現(xiàn),。團(tuán)隊(duì)成員提出并驗(yàn)證了GDY化學(xué)鍵轉(zhuǎn)換（烯-炔轉(zhuǎn)換，acetylenic-alkenic conversion）誘導(dǎo)的小分子之間電子轉(zhuǎn)移的生成機(jī)制,。氣態(tài)H2O分子通過定向擴(kuò)散穿過GDY框架結(jié)構(gòu)時(shí),，與GDY的炔鍵之間發(fā)生電子轉(zhuǎn)移而產(chǎn)生感應(yīng)電信號。此外,，氣態(tài)H2O分子構(gòu)成水氣的相對濕度和溫度以及氣體的類型（NH3,、HCl）也會影響感應(yīng)電信號輸出。與之前報(bào)道的從復(fù)雜環(huán)境（如太陽能,、摩擦電和壓電）獲取能量的方法不同,，這種發(fā)電技術(shù)利用GDY中獨(dú)特的化學(xué)鍵誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移并直接獲得感應(yīng)電，將其周圍存儲的巨大能量轉(zhuǎn)換為電能,。這種源于化學(xué)鍵轉(zhuǎn)換的獨(dú)特電現(xiàn)象可能為新能源研究提供了一個(gè)未開發(fā)的領(lǐng)域,，并幫助我們更好地理解發(fā)電的本質(zhì)。
圖1. GDY薄膜的制備和器件特性,。(a-d) GDY薄膜的表征,。(e-g) GDY薄膜裝置的構(gòu)成。(h) H2O分子穿過GDY框架結(jié)構(gòu)的示意圖,。
圖2. (a-d) GDY薄膜發(fā)電裝置的核心結(jié)構(gòu)、產(chǎn)生規(guī)律的脈沖電信號的情況及影響因素,。(e-h) GDY結(jié)構(gòu)片段與H2O分子配位引起的電子轉(zhuǎn)移和炔烴轉(zhuǎn)化的機(jī)制示意圖及相關(guān)理論計(jì)算,。(i-l) 溫度和分子種類對產(chǎn)電信號的影響。
GDY中具有特殊分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵的產(chǎn)電現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn),，為能量形態(tài)變化的發(fā)展開辟了新的方向,，促進(jìn)了新能源的開發(fā)和實(shí)踐。此外,，感應(yīng)電在未來有潛力用作能量轉(zhuǎn)換和電能儲存,，以及用于快速檢測和識別特定系統(tǒng)中的某些小分子。這一重要的研究成果以“Chemical bond conversion directly drives power generation on the surface of graphdiyne”為題發(fā)表在《物質(zhì)》期刊上（ Matter , 2022, DOI: 10.1016/j.matt.2022.06.045）,。本工作得到了國家自然科學(xué)基金,、北京市自然科學(xué)基金、北京理工大學(xué)創(chuàng)新人才科技資助專項(xiàng)計(jì)劃（青拔）等多個(gè)項(xiàng)目的資助,。文章的第一和通訊作者是陳南副教授,，第一單位為北京理工大學(xué)。
附個(gè)人簡介：
陳南,，北京理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院副教授,，博士生導(dǎo)師。專注于無機(jī)納米化學(xué)為基礎(chǔ)的交叉科學(xué),，具體涉及π共軛體系的碳基雜化材料/結(jié)構(gòu)及其在能量轉(zhuǎn)化等領(lǐng)域的研究與應(yīng)用,。作為第一/通訊作者在 Angew. Chem. Int. Ed. ,、Nat. Commun. 、Adv. Mater. ,、ACS Nano ,、ACS Energy Lett. 、Adv. Func. Mater. 等國際權(quán)威SCI學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表論文40余篇,。申請/授權(quán)中國,、日本、美國專利7項(xiàng),。
主頁：https://cce.bit.edu.cn/docs/2021-10/5aa13d5af2f94900b825ed956d0c9ae8.pdf
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