Nitrogen and fluoride co-doped graphdiyne with metal-organic framework (MOF)-derived NiCo2O4--Co3O4 nanocages as sensing layers for ultra-sensitive pesticide detection
发布时间：2023
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产品名称
中文名称：石墨炔粉末
英文名称：Graphdiyne powder
产品概述
石墨炔（Graphdiyne，简称GDY）是一种新型的全碳纳米结构材料，它继富勒烯、碳纳米管、石墨烯之后，成为碳材料家族的重要成员。石墨炔具有独特的结构和优异的性能。其结构中存在着丰富的碳碳键和孔洞，具有sp和sp2两种杂化态，以及丰富的碳化学键、大的共轭体系、宽面间距和优良的化学稳定性，赋予了它良好的导电性、光学性能和化学稳定性。 石墨炔具有优异的半导体性能，类似硅的半导体性能，并且其特殊的分子结构和电子结构不仅具有供电子特性，而且也具有吸电子特性。 石墨炔的合成方法主要为化学方法，如利用六炔基苯在铜箔的催化作用下发生偶联反应，成功地在铜片表面上合成大面积的石墨炔薄膜。这一过程中铜箔不仅作为交叉偶联反应的催化剂、生长基底，而且为石墨炔薄膜的生长所需的定向聚合提供了大的平面基底。
技术参数
状态：黑色粉末
结构类型：石墨双炔
产品特点
结构特点：具有sp和sp2两种杂化态，以及丰富的碳化学键、大的共轭体系、宽面间距和优良的化学稳定性。
物理性质：石墨炔层间距为0.365纳米，理论上，随着石墨炔厚度的减小，其电导率逐渐增加。
化学性质：石墨炔具有优异的半导体性能，类似硅的半导体性能，并且其特殊的分子结构和电子结构不仅具有供电子特性，而且也具有吸电子特性。
应用
电子与半导体领域：石墨炔由于其特殊的电子结构及优异的半导体性能，有望广泛应用于电子和半导体领域。例如，石墨炔掺杂进杂化钙钛矿器件的电子传输层，能有效提高电子传输层的电导，进而提升钙钛矿电池的器件性能。
能源领域：石墨炔是一种非常理想的储锂材料，其独特的结构更有利于锂离子在面内和面外的扩散和传输，赋予其非常好的倍率性能。石墨炔储锂理论容量达744mAh/g，多层石墨炔理论容量可达1117mAh/g（1589mAh/cm³）。此外，石墨炔还可用于钾-硫（K-S）电池的高效正极材料，提高电池的性能。
催化领域：石墨炔具有优异的催化性能，如负载金属钯可高效催化还原4-硝基苯酚，还原速率远高于其他碳基Pd复合纳米材料。同时，石墨炔还可以作为支撑基材在调节电化学发光（ECL）催化性能方面发挥作用。
光电领域：石墨炔与P3HT进行复合作为修饰材料构筑的钙钛矿太阳能电池，能显著提高空穴传输性能，基于这种复合空穴传输层的钙钛矿电池光电转换效率提高了20%，实现了14.58%的高效率。
其他领域：石墨炔还可用于滤除海水中的氯化钠、作为量子点电池缓冲层等。
其他信息
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干货||4类用于锂电负极的新型碳纳米材料
电化学储能凭借高效、便捷、高比能量/比功率密度等优势，已成为新能源革命中的关键技术。电极材料作为电化学储能装置的核心，其性能好坏将直接决定储能器件的能量密度、功率密度、循环寿命等关键性能参数。碳纳米材料由于循环效率高、循环寿命长和安全性能好等优点，成为锂离子电池（LIBs）首选的负极材料。本期小丰整理了4类用于锂电池负极的新型碳纳米材料，一起看下~
1、石墨炔
石墨炔（GDY）是一种新型sp1和sp2杂化碳原子共存的二维碳的同素异形物，其中sp2碳原子在2D平面上保持π共轭，促进电子迁移；sp碳原子促进了碳骨架与金属原子之间的亲和力，从而提供额外的存储位点。此外，在GDY骨架中，由sp2和sp杂化碳形成的天然孔道不仅提供足够数量的存储位点，有效地稳定插入的金属原子，而且还提供了一些传输通道，以使离子在垂直于该方向的方向上平滑扩散。
实验证明，GDY具有中等的三角形孔和良好的储锂能力（理论比容量744 mAh g-1）及丰富的碳-碳三键（C≡C），还原能力强。目前基于GDY的电极的相关结构设计以及其在一系列储能装置中的应用研究已经取得了令人兴奋的进展，例如在锂离子电池，钠离子电池，锂/镁硫电池和超级电容器上GDY都表现出优异的性能。
2、多孔碳
多孔碳材料因其高比表面积、孔体积、低密度、化学稳定性好，尤其是多级孔尺寸等优点，在LIBs中获得了广泛的关注。多孔碳作为LIBs负极时，高比表面积的特点使其能结合更多锂离子，为LIBs提供高容量；多维复杂的孔洞结构为锂离子提供了有效的扩散通道和较短的锂离子扩散距离；空位、杂原子掺杂等缺陷可以作为储锂点位；在锂的脱嵌过程中体积膨胀/收缩的机械应力较小，循环稳定性好。因此，多孔碳常常表现出比传统石墨碳更好的电化学性能，被应用于锂离子电池、锂硫电池以及超级电容器上。
当前多孔碳材料的核心设计思路是开发能够有效负载更多的硫且提供更多的多硫化物的限制通道的结构，以提高硫的利用率的循环性能，如多孔、中空和核/壳结构。
3、石墨烯
石墨烯（Graphene）材料的结构特征决定了石墨烯材料的储锂行为。Graphene材料具有很高的储锂容量，开放的大孔结构也为电解质离子的进入提供了势垒极低的通道，可保证Graphene材料具有良好的倍率特性。Graphene比容量是石墨理论容的两倍，可直接用作LIBs的负极材料。研究人员认为，Graphene的高比容量主要源自于边缘大量缺陷的存在以及良好的导电性能，其电极薄膜电阻极低，仅为１Ω。
然而进一步的研究表明，Graphene用作LIBs负极材料存在循环寿命低的问题。近年来，为了提高石墨烯作为负极材料的性能，Graphene与过渡金属氧化物、硅基、锡基等材料复合制作成石墨烯基复合负极材料成为现在LIBs研究的热点，也是今后发展的趋势。
4、碳纳米管
碳纳米管（CNT）是由单层或多层同轴炭片层组成的“具有类似于石墨层状结构”的材料，这种微观结构使得锂离子的嵌入深度小、行程短及嵌入位置多（管内和层间的缝隙、空穴等），同时因CNT导电性能好，具有较好的电子传导和离子运输能力，因而可以作为LIBs负极材料。
然而采用CNT直接作为LIBs负极材料也存在不足之处，如第一次不可逆容量较大，首次充放电效率比较低；CNT负极缺乏稳定的电压平台，存在电位滞后现象等。为了提高CNT的使用效果，研究人员尝试制备SnO2/CNT、过渡金属氧化物/CNT、SiO2/CNT等复合负极材料，都成功的提高了CNT基电极材料的电化学性能，为大容量、高稳定的LIBs发展提供了可能的解决方案。
尽管过去几年各类新型碳纳米材料在LIBs负极研究中取得了巨大进展，但是在实际应用之前，仍有许多关键挑战需要克服，如提高首效，优化电极结构，实现低电压滞后和高体积能量密度等，仍需要继续探索！
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有原子活性位点的分子自组装石墨炔及其细胞释放一氧化氮信号分子的快速实时检测
文章内容概述：
一氧化氮作为一种信号分子，参与了多种生理和病理过程，但由于其量少、半衰期短、易转化为其他物质，在细胞中的实时检测仍面临挑战。本文报道了一种合理的设计，将高π共轭的小电容石墨炔gaphdiyne (GDY)与铁的络合物hemin (HEM)组装成GDY/HEM分子组装材料，以实现细胞释放一氧化氮的超快和实时检测。GDY的炔基C原子可以与HEM发生杂化，加强了π-π相互作用，促进了铁位点的原子级别分散，同时避免了HEM形成无催化活性的二聚体。这些特性使GDY/HEM成为极好的一氧化氮传感材料，具有0.95 s的超快响应时间，7 nM的低检测限和151.38 μΜ的宽线性范围。GDY/HEM实现了对肿瘤细胞和正常细胞释放一氧化氮的实时检测，显示了其对细胞分析的能力。
创新点：
石墨炔首次用于活细胞一氧化氮的检测；通过自组装策略制备了GDY/HEM分子组装材；GDY促进了HEM中铁位点的原子级别分散，同时避免HEM形成无催化失活的二聚体；对一氧化氮具有优异的检测性能，实现了0.95 s的超快响应时间和7 nM的低检出限；可以对活细胞释放的一氧化氮分子进行实时检测。
产品使用感受：
本论文的样品是使用先丰纳米出品的石墨炔（XFY01）来制备的。先丰纳米是市面上最早推出实验药品石墨炔的公司之一，我们课题组多次购买，质量值得信赖。后期也推出了石墨炔合成的单体，解决不同实验需求，很棒。中间虽有过问题，但都妥善解决。公司销售服务也很好，发货很快，值得推荐。
课题组方向：
导师：郭春显 教授
研究方向：超灵敏电化学传感、全印刷分析芯片、可视化检测技术、细胞水平高时空分辨检测
使用先丰产品发表的文章
Molecularly Assembled Graphdiyne with Atomic Sites for Ultrafast and Real-Time Detection of Nitric Oxide in Cell Assays, Biosensors and Bioelectronics, doi:10.1016/j.bios.2021.113630.