Les batteries lithium-ion contiennent généralement des carbones graphitiques comme matériaux d'anode. Les scientifiques ont étudié le graphdiyne nanoweb carbonique en tant que nouveau réseau de carbone bidimensionnel pour son adéquation aux applications de batterie. Graphdiyne est aussi plat et fin que le graphène, qui est la version mince à une couche atomique du graphite, mais il a une porosité plus élevée et des propriétés électroniques réglables. Dans la revue Angewandte Chemie , les chercheurs décrivent sa synthèse ascendante simple à partir de molécules précurseurs sur mesure.

Les matériaux en carbone sont les matériaux d'anode les plus courants dans les batteries lithium-ion. Leur structure en couches permet aux ions lithium de voyager dans et hors des espaces entre les couches pendant le cycle de la batterie, ils ont un réseau cristallin hexagonal bidimensionnel hautement conducteur, et ils forment une écurie, réseau poreux pour une pénétration efficace de l'électrolyte. Cependant, le réglage fin des propriétés structurelles et électrochimiques est difficile car ces matériaux carbonés sont principalement préparés à partir de matière carbonée polymère dans une synthèse descendante.

Graphdiyne est un réseau bidimensionnel hybride constitué d'anneaux de carbone hexagonaux pontés par deux unités d'acétylène (le "diyne" dans le nom). Graphdiyne a été suggéré comme membrane nanoweb pour la séparation des isotopes ou de l'hélium. Cependant, ses propriétés électroniques distinctes et sa structure en forme de bande rendent également graphdiyne adapté aux applications électrochimiques. Changshui Huang de l'Académie chinoise des sciences, Pékin, et ses collègues ont étudié les capacités de stockage du lithium et les propriétés électrochimiques du sur-mesure, dérivés de graphdiyne ajustés électroniquement.

Les scientifiques ont synthétisé les dérivés de graphdiyne dans une stratégie ascendante en ajoutant des molécules précurseurs sur une feuille de cuivre, qui s'auto-organise pour former des nanostructures en couches ordonnées. En utilisant des monomères contenant des groupes fonctionnels aux propriétés électroniques intéressantes, les auteurs ont préparé des graphdiynes fonctionnels avec des propriétés électrochimiques et morphologiques distinctes.

Parmi ces groupes fonctionnels, ceux exerçant des effets attracteurs d'électrons ont réduit la bande interdite du graphdiyne et augmenté sa conductivité, les auteurs ont rapporté. Le groupe cyano a été particulièrement efficace et, lorsqu'il est utilisé comme matériau anodique, le graphdiyne cyano-modifié a démontré une excellente capacité de stockage du lithium et était stable pendant des milliers de cycles, comme l'ont rapporté les auteurs.

En revanche, lorsque graphdiyne a été modifié avec des groupes fonctionnels volumineux (groupes méthyle) qui donnent des électrons au réseau graphdiyne, les auteurs ont observé un espacement des couches plus important, ce qui a rendu la structure du matériau instable de sorte que l'anode n'a survécu qu'à quelques cycles de charge et de décharge. Les auteurs ont également comparé les deux matériaux graphdiyne modifiés à une version "vide" où seul l'hydrogène occupait la position des groupes fonctionnels dans le réseau.

Les auteurs concluent que le graphdiyne modifié peut être préparé par une stratégie ascendante, qui est également le mieux adapté pour construire des architectures fonctionnelles en matériaux carbonés bidimensionnels pour les batteries, condensateurs, et d'autres dispositifs électrocatalytiques.