Las baterías de iones de litio generalmente contienen carbonos grafíticos como materiales de ánodo. Los científicos han investigado el nanoweb graphdiyne carbónico como una nueva red de carbono bidimensional por su idoneidad en aplicaciones de baterías. Graphdiyne es tan plano y delgado como el grafeno, que es la versión delgada de una capa atómica del grafito, pero tiene una mayor porosidad y propiedades electrónicas ajustables. En el diario Angewandte Chemie , Los investigadores describen su síntesis simple de abajo hacia arriba a partir de moléculas precursoras hechas a medida.

Los materiales de carbono son los materiales de ánodo más comunes en las baterías de iones de litio. Su estructura en capas permite que los iones de litio entren y salgan de los espacios entre las capas durante el ciclo de la batería. Tienen una red cristalina hexagonal bidimensional altamente conductora, y forman un establo, Red porosa para una penetración eficiente del electrolito. Sin embargo, El ajuste fino de las propiedades estructurales y electroquímicas es difícil ya que estos materiales de carbono se preparan principalmente a partir de materia polimérica de carbono en una síntesis de arriba hacia abajo.

Graphdiyne es una red bidimensional híbrida hecha de anillos de carbono hexagonales unidos por dos unidades de acetileno (el "diyne" en el nombre). Se ha sugerido que Graphdiyne es una membrana de nanobola para la separación de isótopos o helio. Sin embargo, sus distintas propiedades electrónicas y su estructura similar a una red también hacen que graphdiyne sea adecuado para aplicaciones electroquímicas. Changshui Huang de la Academia China de Ciencias, Beijing, y sus colegas han investigado las capacidades de almacenamiento de litio y las propiedades electroquímicas de derivados de graphdiyne ajustados electrónicamente.

Los científicos sintetizaron los derivados de graphdiyne en una estrategia ascendente al agregar moléculas precursoras en una lámina de cobre, que se autoorganizó para formar nanoestructuras ordenadas en capas. Utilizando monómeros que contienen grupos funcionales con interesantes propiedades electrónicas, los autores prepararon grafidinas funcionales con distintas propiedades electroquímicas y morfológicas.

Entre estos grupos funcionales, los que ejercen efectos de extracción de electrones redujeron la banda prohibida de graphdiyne y aumentaron su conductividad, informaron los autores. El grupo ciano fue especialmente eficaz y, cuando se utiliza como material anódico, el graphdiyne modificado con ciano demostró una excelente capacidad de almacenamiento de litio y se mantuvo estable durante miles de ciclos, como informaron los autores.

A diferencia de, cuando graphdiyne se modificó con grupos funcionales voluminosos (grupos metilo) que donan electrones a la red graphdiyne, los autores observaron un mayor espaciado de capas, lo que hizo que la estructura del material fuera inestable de modo que el ánodo solo sobreviviera unos pocos ciclos de carga y descarga. Los autores también compararon ambos materiales graphdiyne modificados con una versión "vacía" donde solo el hidrógeno ocupaba la posición de los grupos funcionales en la red.

Los autores concluyen que el graphdiyne modificado se puede preparar mediante una estrategia ascendente, que también es más adecuado para construir arquitecturas funcionales de material de carbono bidimensional para baterías, condensadores, y otros dispositivos electrocatalíticos.