图、文/郑博元
2020年10月13日晚七点，中国科学院大学科学前沿进展名家系列讲座Ⅰ第110讲在玉泉路校区礼堂如期举行。中国科学院院士、中国科学院化学研究所研究员、博士生导师、科技部国家重大科学研究计划“973”项目首席科学家（2007-2015）、国家自然科学基金委员会重大研究计划指导专家组成员李玉良院士给大家带来了主题为“2D石墨炔——回顾与进展”的科学讲座。
李院士从石墨炔在中国和国际的研究现状出发，先回顾了化学与材料在人类文明进程上所做的贡献。新材料的出现离不开化学：H.Stadinger提出的由简单的结构单元以重复链接的方式形成高分子化合物的概念为三大合成材料的出现奠定了理论基础；Domagk等化学合成药物的提出，终止了人类依靠天然药物的历史，开创了人类健康新时代；合成氨的出现，结束了人类完全依靠天然氮肥的历史，奠定了现代农业的基础，用7%的土地养活了23%的人口。化学与材料还对人类寿命延长和现代生活基础奠定了基础——18世纪以前，人们治病只能靠草药，人类的平均寿命小于35岁，计算机虽然已经发明，但却由电子管组装而成，功能受限，速度慢——随着化学和新材料的发展，从青霉素到抗生素再到现代的细胞工程，人类的平均寿命已经达到69岁，从单晶硅到晶体管，计算机的体积越来越小，造就了全新的生活模式。由此可见，物质创造对对科学发展和人类文明进步有非常重要的意义。
而“碳”是化学中的卓越家族。由此，李院士开始介绍他所带领的项目组在“碳”上做出的成果。1990年到2002年研究富勒烯和石墨炔，2004年第二轮探索石墨炔合成，2004年在国际上首次实现在铜基底上生长高有序的纳米结构，2005年在铜基底上成功生长丁二炔纳米阵列，2005年到2009年探索了许多当时先进纳米材料生长方法，2010年成功实现石墨炔大面积薄膜的生长。其中，合成、分离新的碳同素异形体是过去20-30年研究的焦点，中国的研究人员首先化学合成了一种新的碳同素异形体——石墨炔薄膜，其作为低温、常压合成的全碳材料，是人工化学合成全碳材料的先例，是合成化学的一大进步。石墨炔薄膜是从一维材料到二维材料的转变。对于一维材料电子在纳米线中在横向受到量子束缚，能级不连续，且还受到量子体积效应的限制，而二维材料不仅提高了自由度，还有高载流子迁移率、有线性能谱、强度高，且具有各向异性电子输运性质……总的来说，二维碳石墨炔综合性能优异，是引发变革的潜力材料。李院士接着向大家讲授了石墨炔能带、迁移率、准粒子带隙、结合能的计算方法，并又引申到国际上对石墨炔的研究，扩宽我们对石墨炔的理解。
最后，讲完了成果与原理，李院士接下来向大家接受石墨炔的应用。首先是催化剂：传统材料活性位点少、位点不确定、本征活性不理想，而石墨炔有良好的化学结构和电子结构优势，有丰富的活性点、本征活性位点、位点清楚，既可作基底也是催化剂，比如石墨炔-Pd(0)原子催化剂高效电催化制氨，双功能石墨炔-钼原子催化剂制氢和制氨，石墨炔-Co(0)原子催化剂高效光催化制氨等等，这些电、光催化都是未来可持续清洁能源的基础。此外，石墨炔还能用做电化学储能电极材料、高能量密度负极，新制成的石墨炔一聚离子异质界面改进锂硫电池就显著改善了循环性能，效率提升；甚至在人工智能领域、人工突触器件等方面也有贡献。在提问环节过后，讲座在热烈的掌声中结束。
