墨炔(GDY)由sp和sp2雜化碳構(gòu)成，具有高度共軛π體系，均勻一致的孔和可控的電子性質(zhì)。GDY的合成經(jīng)過了跨越式發(fā)展，已有了多種形貌，如薄膜、納米線、納米管陣列、納米片、納米線等，也有不同的性能和更廣泛的應(yīng)用。石墨炔納米帶(GDYNRs)是一種邊緣清晰、寬度納米尺寸的一維GDY材料。GDYNRs的帶隙受其邊緣結(jié)構(gòu)和寬度的影響較大，因此，GDYNRs是未來納米電子器件應(yīng)用的有吸引力的材料。但是到目前為止，還沒有報(bào)道有明確結(jié)構(gòu)的納米帶的制備方法。

合成石墨炔納米帶有兩種思路，“自上而下”法和“自下而上”法。“自上而下”的思路例如從石墨炔上進(jìn)行切割，會(huì)導(dǎo)致制備所得的石墨炔納米帶的寬度和邊緣結(jié)構(gòu)不確定。而“自下而上”的化學(xué)合成方法可制備出結(jié)構(gòu)確定、寬度均一的石墨炔納米帶。但在合成過程中必須控制乙炔基的選擇性逐步偶聯(lián)，“自下而上”法合成石墨炔納米帶仍舊是一個(gè)挑戰(zhàn)。

 一種“兩步法”策略制備石墨炔納米帶。由逆合成分析啟發(fā)，**進(jìn)行單體中心位置的乙炔基的聚合以保證石墨炔納米帶的一維結(jié)構(gòu)；然后在液-液界面的輔助下進(jìn)行相鄰側(cè)鏈上的乙炔基的分子內(nèi)偶聯(lián)，其中位于邊緣的大體積的3,5-二叔丁基苯基所提供的位阻可進(jìn)一步減少分子間的偶聯(lián)。通過上述策略成功制備了化學(xué)合成的石墨炔納米帶。

本文設(shè)計(jì)了一個(gè)兩步策略，通過乙炔基官能團(tuán)的分子內(nèi)偶聯(lián)來達(dá)到逐步分子間聚合的目標(biāo)。**，單體中心部位的乙炔基官能團(tuán)聚合保證其1D生長，隨后，在液-液界面的輔助下進(jìn)行相鄰側(cè)鏈上的乙炔基的分子內(nèi)偶聯(lián)，其中位于邊緣的大體積的3,5-二叔丁基苯基所提供的位阻可進(jìn)一步減少分子間的偶聯(lián)。通過上述策略成功制備了化學(xué)合成的石墨炔納米帶，其由苯環(huán)和丁二炔基構(gòu)成的菱形組成，具備均一的寬度（～4 nm）和達(dá)幾百納米的長度。隨后還研究了石墨炔納米帶的組裝，其通過π-π相互作用可編織成納米織物狀薄膜，可用于構(gòu)建鋰離子電池中鋰電極的保護(hù)膜，可以****鋰支晶的形成，提高鋰離子電池的穩(wěn)定性。

紅外和拉曼光譜證實(shí)了GDYNRP1向GDYNR的轉(zhuǎn)化。四氫呋喃分散體系中GDYNR的紫外-可見光譜與GDYNRP1相比，GDYNR的光譜出現(xiàn)了紅移，這是由于環(huán)化后電子離域增強(qiáng)所致。GDYNRP1在468 nm處發(fā)出，GDYNR在500 nm處發(fā)出猝滅熒光。熒光量子產(chǎn)率降低，而GDYNR熒光壽命是降低。為了進(jìn)一步了解GDYNR的光學(xué)性質(zhì)，對GDYNR的能帶結(jié)構(gòu)、態(tài)密度和軌道進(jìn)行了計(jì)算，結(jié)果表明GDYNR在點(diǎn)處有1.34 eV的直接帶隙(Eg)。實(shí)驗(yàn)帶隙比計(jì)算結(jié)果大。HOMO表現(xiàn)為苯環(huán)與二乙炔鍵之間的反鍵特征，而LUMO則表現(xiàn)為苯環(huán)與二乙炔鍵之間的鍵合特征，類似于石墨烯基納米帶。

將制備好的GDYNR分散在乙醇溶液中，SEM圖像顯示具有1到50μm大小的堆疊薄片。AFM圖像顯示了厚度為4.5nm的薄片，與幾何邊緣的GDYNR相對應(yīng)。PXRD中高強(qiáng)度峰代表了納米帶寬度的強(qiáng)反射。SAED顯示了片的結(jié)晶特征，兩個(gè)主要衍射點(diǎn)對應(yīng)于0.41和0.33 nm的d間距。HRTEM中平行線之間的距離為0.33 nm。GDYNR在幾何上是邊緣組裝的，并以交錯(cuò)的方式排列成納米片，層間空間為0.33nm，相鄰層中聚（對二乙基苯）的碳鏈之間的距離為0.41nm。

將GDYNR懸浮液沉積在鋰電極上，在鋰金屬電池中涂覆鋰金屬陽極，并使用裸鋰箔或GDYNR涂覆的鋰箔（Li@ GDYNR）在商用碳酸鹽電解液（1:1碳酸乙烯酯/二甲基中的1 M LiPF6）中組裝對稱2032型幣形電池碳酸鹽）。SEM圖像顯示Li表面覆蓋有GDYNR納米片。循環(huán)后發(fā)現(xiàn)裸鋰電極表面粗糙，有樹枝狀晶和大裂紋。然而，經(jīng)過剝離/電鍍循環(huán)后，帶有GDYNR涂層的Li電極表面平坦，無裂紋。在恒電流密度為1 mA cm²，容量**為1 mA cm²的條件下，記錄了裸Li和Li@ GDYNR的電位分布。在約40 mV（vs-Li⁺/Li）處檢測到裸Li的初始電鍍/剝離過電位，并觀察到過電位的突然下降，這歸因于鋰枝晶的形成導(dǎo)致電池內(nèi)部短路。相比之下，Li@ GDYNR的穩(wěn)定性和循環(huán)壽命得到了改善。