Construction of Graphdiyne Interface in Electrochemical Batteries

doi:10.7503/cjcu20200477

Abstract

Abstract:

Graphdiyne is the emerging carbon allotrope， and its unique structure and properties attract the wide attentions of scientists from different fields. The recent research achievements demonstrate that graph- diyne is a carbon material with great development potentials in the energy， catalyst， optics， magnetic， information science， bioscience， and so on. Recently， the fundamental applications of graphdiyne in the electrochemical energy fields show its unique advantages as the electrochemical energy materials， and it provides many new concepts， and novel solutions for solving the bottlenecks in the electrochemical energy devices. This paper mainly reviews the recent progresses of graphdiyne in the applications of electrochemical energy interface， and summarizes the novel solutions for the interface construction， interfacial selective transfer， and interfacial stability in several electrochemical energy sources， inspired by the unique properties of graphdiyne in the preparation and structures.

Key words: Graphdiyne, Li-ion battery, Li metal battery, Electrode protection, Electrode interface

CLC Number:

O646

TrendMD:

GAO Xiaoya, ZUO Zicheng, LI Yuliang. Construction of Graphdiyne Interface in Electrochemical Batteries[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(2): 321.

Figures/Tables 10

References 91

1	Goodenough J. B.， Acc. Chem. Res.， 2012， 46， 1053—1061
2	Fan E.， Li L.， Wang Z.， Lin J.， Huang Y.， Yao Y.， Chen R.， Wu F.， Chem. Rev.， 2020， 120， 14， 7020—7063
3	Winter M.， Brodd R. J.， Chem. Rev.， 2004， 104， 4245—4270
4	Li B.， Liu J.， Natl. Sci. Rev.， 2017， 4， 91—105
5	Massé R. C.， Liu C.， Li Y.， Mai L.， Cao G.， Natl. Sci. Rev.， 2017， 4， 26—53
6	Konarov A.， Myung S. T.， Sun Y. K.， ACS Energy Lett.， 2017， 2， 703—708
7	Melot B. C.， Tarascon J. M.， Acc. Chem. Res.， 2013， 46， 1226—1238
8	Cao G.， Natl. Sci. Rev.， 2017， 4， 16
9	Xin S.， Guo Y. G.， Wan L. J.， Acc. Chem. Res.， 2012， 45， 1759—1769
10	Wassei J. K.， Kaner R. B.， Acc. Chem. Res.， 2013， 46， 2244—2253
11	Yu L.， Shearer C.， Shapter J.， Chem. Rev.， 2016， 116， 13413—13453
12	Siemsen P.， Livingston R. C.， Diederich F.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2000， 39， 2632—2657
13	Kroto H. W.， Heath J. R.， O'brien S. C.， Curl R. F.， Smalley R. E.， Nature， 1985， 318， 162—163
14	Shi L.， Rohringer P.， Suenaga K.， Niimi Y.， Kotakoski J.， Meyer J. C.， Peterlik H.， Wanko M.， Cahangirov S.， Rubio A.， Lapin Z. J.， Novotny L.， Ayala P.， Pichler T.， Nat. Mater.， 2016， 15， 634—639
15	Dai L.， Acc. Chem. Res.， 2013， 46， 31—42
16	Englert J. M.， Dotzer C.， Yang G. A.， Schmid M.， Papp C.， Gottfried J. M.， Steinruck H. P.， Spiecker E.， Hauke F.， Hirsch A.， Nat. Chem.， 2011， 3， 279—286
17	Biswas S.， Senju A.， Mohr R.， Hodson T.， Karthikeyan N.， Knehr K. W.， Hsieh A. G.， Yang X.， Koel B. E.， Steingart D. A.， Energy Environm. Sci.， 2017， 10， 114—120
18	Ji X. L.， K. T.， Nazar L. F.， Nat. Mater.， 2009， 8， 500—506
19	Li X. S.， Cai W. W.， An J. H.， Kim S.， Nah J.， Yang D. X.， Piner R.， Velamakanni A.， Jung I.， Tutuc E.， Banerjee S. K.， Colombo L.， Ruoff R. S.， Science， 2009， 324， 1312—1314
20	Georgakilas V.， Perman J. A.， Tucek J.， Zboril R.， Chem. Rev.， 2015， 115， 4744—4822
21	Li G.， Li Y.， Liu H.， Guo Y.， Li Y.， Zhu D.， Chem. Commun.， 2010， 46， 3256—3258
22	Li Y.， Li Y.， Acta Polym. Sin.， 2015， 2， 147—165
23	Huang Y.， Yuan M.， Li Y.， Chin. J. Inorg. Chem.， 2017， 33， 1914—1936
24	Huang C.， Li Y.， Acta Phys. Chim. Sin.， 2016， 32， 1314—1329
25	Li Y.， Xu L.， Liu H.， Li Y.， Chem. Soc. Rev.， 2014， 43， 2572—2586
26	Li Y. J.， Li Y. L.， Acta Polymerica Sinica， 2015， 46， 147—165（李勇军，李玉良. 高分子学报， 2015， 46， 147—165）
27	Xue Y.， Guo Y.， Yi Y.， Li Y.， Liu H.， Li D.， Yang W.， Li Y.， Nano Energy， 2016， 30， 858—866
28	Xue Y.， Zuo Z.， Li Y.， Liu H.， Li Y.， Small， 2017， 13， 1700936
29	Wang S.， Yi L. X.， Halpert J. E.， Lai X. Y.， Liu Y. Y.， Cao H. B.， Yu R. B.， Wang D.， Li Y. L.， Small， 2012， 8， 265—271
30	Xue Y. R.， Li J. F.， Xue Z.， Li Y. J.， Liu H. B.， Li D.， Yang W. S.， Li Y. L.， ACS Appl. Mater. Interf.， 2016， 8， 31083—31091
31	Zuo Z.， Wang D.， Zhang J.， Lu F.， Li Y.， Adv. Mater.， 2019， 31， 1803762
32	Zuo Z.， Li Y.， Chin. J. Appl. Chem.， 2018， 35， 1057—1066
33	Zuo Z.， Li Y.， Joule， 2019， 3， 899—903
34	Du Y.， Zhou W.， Gao J.， Pan X.， Li Y.， Acc. Chem. Res.， 2020， 53， 459—469
35	Wang F.， Zuo Z.， Li L.， Li K.， He F.， Jiang Z.， Li Y.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2019， 58， 15010—15015
36	Xue Y.， Huang B.， Yi Y.， Guo Y.， Zuo Z.， Li Y.， Jia Z.， Liu H.， Li Y.， Nat. Commun.， 2018， 9， 1460
37	Xu K.， Chem. Rev.， 2014， 114， 11503—11618
38	Obrovac M. N.， Chevrier V. L.， Chem. Rev.， 2014， 114， 11444—11502
39	Xu Z.， Yang J.， Zhang T.， Nuli Y.， Wang J.， Hirano S. I.， Joule， 2018， 2， 950—961
40	Choi S.， Kwon T. W.， Coskun A.， Choi J. W.， Science，2017， 357， 279—283
41	Ogata K.， Jeon S.， Ko D. S.， Jung I. S.， Kim J. H.， Ito K.， Kubo Y.， Takei K.， Saito S.， Cho Y. H.， Park H.， Jang J.， Kim H. G.， Kim J. H.， Kim Y. S.， Choi W.， Koh M.， Uosaki K.， Doo S. G.， Hwang Y.， Han S.， Nat. Commun.， 2018， 9， 479
42	Son I. H.， Hwan Park J.， Kwon S.， Park S.， Rummeli M. H.， Bachmatiuk A.， Song H. J.， Ku J.， Choi J. W.， Choi J. M.， Doo S. G.， Chang H.， Nat. Commun.， 2015， 6， 7393
43	Liu N.， Lu Z.， Zhao J.， Mcdowell M. T.， Lee H. W.， Zhao W.， Cui Y.， Nat. Nanotech.， 2014， 9， 187—192
44	Shang H.， Zuo Z.， Yu L.， Wang F.， He F.， Li Y.， Adv. Mater.， 2018， 30， 1801459
45	Li L.， Zuo Z.， Shang H.， Wang F.， Li Y.， Nano Energy， 2018， 53， 135—143
46	Tabassum H.， Zou R.， Mahmood A.， Liang Z.， Wang Q.， Zhang H.， Gao S.， Qu C.， Guo W.， Guo S.， Adv. Mater.， 2018， 30， 1705441
47	Reddy M. V.， Subba Rao G. V.， Chowdari B. V.， Chem. Rev.， 2013， 113， 5364—5457
48	Peng L.， Xiong P.， Ma L.， Yuan Y.， Zhu Y.， Chen D.， Luo X.， Lu J.， Amine K.， Yu G.， Nat. Commun.， 2017， 8， 15139
49	Wang F.， Zuo Z.， Li L.， He F.， Lu F.， Li Y.， Adv. Mater.， 2019， 31， 1806272
50	Xiao X.， Liu X.， Wang L.， Zhao H.， Hu Z.， He X.， Li Y.， Nano Research， 2012， 5， 395—401
51	van der Ven M. K. A.， Ceder G.， Phys. Rev. B， 1998， 58， 2975—2987
52	Zhang J. N.， Li Q.， Ouyang C.， Yu X.， Ge M.， Huang X.， Hu E.， Ma C.， Li S.， Xiao R.， Yang W.， Chu Y.， Liu Y.， Yu H.， Yang X. Q.， Huang X.， Chen L.， Li H.， Nat. Energy， 2019， 4， 594—603
53	Gong S.， Wang S.， Liu J.， Guo Y.， Wang Q.， J. Mater. Chem. A， 2018， 6， 12630—12636
54	Jaffe S.， Joule， 2017， 1， 225—228
55	Wang C.， Xu Y.， Fang Y.， Zhou M.， Liang L.， Singh S.， Zhao H.， Schober A.， Lei Y.， J. Am. Chem. Soc.， 2015， 137， 3124—3130
56	Rodríguez⁃Pérez I. A.， Yuan Y.， Bommier C.， Wang X.， Ma L.， Leonard D. P.， Lerner M. M.， Carter R. G.， Wu T.， Greaney P. A.， Lu J.， Ji X.， J. Am. Chem. Soc.， 2017， 139， 13031—13037
57	Choi W.， Harada D.， Oyaizu K.， Nishide H.， J. Am. Chem. Soc.， 2011， 133， 19839—19843
58	Peng C.， Ning G. H.， Su J.， Zhong G.， Tang W.， Tian B.， Su C.， Yu D.， Zu L.， Yang J.， Ng M. F.， Hu Y. S.， Yang Y.， Armand M.， Loh K. P.， Nat. Energy， 2017， 2， 17074
59	Fan L.， Ma R.， Wang J.， Yang H.， Lu B.， Adv. Mater.， 2018， e1805486
60	Lu Y.， Chen J.， Nat. Rev. Chem.， 2020， 4， 127—142
61	Muench S.， Wild A.， Friebe C.， Haupler B.， Janoschka T.， Schubert U. S.， Chem. Rev.， 2016， 116， 9438—9484
62	Hu P.， He X.， Ng M. F.， Ye J.， Zhao C.， Wang S.， Tan K.， Chaturvedi A.， Jiang H.， Kloc C.， Hu W.， Long Y.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2019， 58， 13513—13521
63	Jiang Q.， Xiong P.， Liu J.， Xie Z.， Wang Q.， Yang X. Q.， Hu E.， Cao Y.， Sun J.， Xu Y.， Chen L.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2020， 59， 5273—5277
64	Luo C.， Ji X.， Chen J.， Gaskell K. J.， He X.， Liang Y.， Jiang J.， Wang C.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2018， 57， 8567—8571
65	Tang M.， Zhu S.， Liu Z.， Jiang C.， Wu Y.， Li H.， Wang B.， Wang E.， Ma J.， Wang C.， Chem.， 2018， 4， 2600—2614
66	Li L.， Zuo Z.， Wang F.， Gao J.， Cao A.， He F.， Li Y.， Adv. Mater.， 2020， 32， 2000140
67	Yu X.， Manthiram A.， Acc. Chem. Res.， 2017， 50， 2653—2660
68	Zhang J.， Yang C. P.， Yin Y. X.， Wan L. J.， Guo Y. G.， Adv. Mater.， 2016， 28， 9539—9544
69	Li J.， Li S.， Liu Q.， Yin C.， Tong L.， Chen C.， Zhang J.， Small， 2019， 15， 1805344
70	Evers S.， Nazar L. F.， Acc. Chem. Res.， 2013， 46， 1135—1143
71	Manthiram A.， Fu Y.， Su Y. S.， Acc. Chem. Res.， 2013， 46， 1125—1134
72	Jiang S.， Lu Y.， Lu Y.， Han M.， Li H.， Tao Z.， Niu Z.， Chen J.， Chem. Asian J.， 2018， 13， 1379—1385
73	Yu X.， Joseph J.， Manthiram A.， J. Mater. Chem. A， 2015， 3， 15683—15691
74	Zhang S. S.， J. Electrochem. Soc.， 2012， 159， A1226—A1229
75	Wang F.， Zuo Z.， Li L.， He F.， Li Y.， Nano Energy， 2020， 68， 104307
76	Liu Y.， Zhou G.， Liu K.， Cui Y.， Acc. Chem. Res.， 2017， 50， 2895—2905
77	Cheng X. B.， Zhang R.， Zhao C. Z.， Zhang Q.， Chem. Rev.， 2017， 117， 10403—10473
78	Kim H.， Boysen D. A.， Newhouse J. M.， Spatocco B. L.， Chung B.， Burke P. J.， Bradwell D. J.， Jiang K.， Tomaszowska A. A.， Wang K.， Wei W.， Ortiz L. A.， Barriga S. A.， Poizeau S. M.， Sadoway D. R.， Chem. Rev.， 2013， 113， 2075—2099
79	Sun Y.， Liu N.， Cui Y.， Nat. Energy， 2016， 1， 16071
80	Liu Y.， Liu Q.， Xin L.， Liu Y.， Yang F.， Stach E. A.， Xie J.， Nat. Energy， 2017， 2， 17083
81	Bouchet R.， Maria S.， Meziane R.， Aboulaich A.， Lienafa L.， Bonnet J. P.， Phan T. N. T.， Bertin D.， Gigmes D.， Devaux D.， Denoyel R.， Armand M.， Nat. Mater.， 2013， 12， 452
82	Yamada Y.， Wang J.， Ko S.， Watanabe E.， Yamada A.， Nat. Energy， 2019， 4， 269—280
83	Zheng J.， Engelhard M. H.， Mei D.， Jiao S.， Polzin B. J.， Zhang J. G.， Xu W.， Nat. Energy， 2017， 114， 4613—4618
84	Wu X.， Hong J. J.， Shin W.， Ma L.， Liu T.， Bi X.， Yuan Y.， Qi Y.， Surta T. W.， Huang W.， Neuefeind J.， Wu T.， Greaney P. A.， Lu J.， Ji X.， Nat. Energy， 2019， 4， 123—130
85	Liang Z.， Lin D.， Zhao J.， Lu Z.， Liu Y.， Liu C.， Lu Y.， Wang H.， Yan K.， Tao X.， Cui Y.， Proc. Natl. Acad. Sci. USA， 2016， 113， 2862—2867
86	Lin D.， Zhao J.， Sun J.， Yao H.， Liu Y.， Yan K.， Cui Y.， Proc. Natl. Acad. Sci. USA， 2017， 114， 4613—4618
87	Shang H.， Zuo Z.， Dong X.， Wang F.， Lu F.， Zheng H.， Li K.， Li Y.， Mater. Today Energy， 2018， 10， 191—199
88	Shang H.， Zuo Z.， Li Y.， ACS Appl. Mater. Interf.， 2019， 11， 17678—17685
89	Jiang T.， Chen K.， Wang J.， Hu Z.， Wang G.， Chen X. D.， Sun P.， Zhang Q.， Yan C.， Zhang L.， J. Mater. Chem. A， 2019， 7， 27535—27546
90	Zhao Z.， Fan X.， Ding J.， Hu W.， Zhong C.， Lu J.， ACS Energy Lett.， 2019， 4， 2259—2270
91	Yang Q.， Guo Y.， Yan B.， Wang C.， Liu Z.， Huang Z.， Wang Y.， Li Y.， Li H.， Song L.， Fan J.， Zhi C.， Adv. Mater.， 2020， 32， 2001755

[1]	CHEN Zhaoyang, XUE Yurui, LI Yuliang. Synthesis and Applications of Graphdiyne Based Zerovalent Atomic Catalysts [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(5): 20220063.
[2]	WONG Honho, LU Qiuyang, SUN Mingzi, HUANG Bolong. Rational Design of Graphdiyne-based Atomic Electrocatalysts： DFT and Self-validated Machine Learning [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(5): 20220042.
[3]	GAO Juan, SUN Quanhu, HUANG Changshui. Graphdiyne-based Nanostructured Materials and Their Applications in Energy Storage and Conversion [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(5): 1501.
[4]	SHI Ying, HU Guangjian, WU Minjie, LI Feng. Applications of Low Temperature Plasma for the Materials in Li-ion Batteries [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(5): 1315.
[5]	SUN Quanhu, LU Tiantian, HE Jianjiang, HUANG Changshui. Advances in the Study of Heteratomic Graphdiyne Electrode Materials [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(2): 366.
[6]	ZHAN Shuhui, ZHAO Yasong, YANG Nailiang, WANG Dan. Pore Structure of Graphdiyne： Design， Synthesis and Application [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(2): 333.
[7]	MA Jun, ZHONG Yang, ZHANG Shanshan, HUANG Yijun, ZHANG Lipeng, LI Yaping, SUN Xiaoming, XIA Zhenhai. Design and Theoretical Calculation of Heteroatoms Doped Graphdiyne Towards Efficiently Catalyzing Oxygen Reduction and Evolution Reactions [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(2): 624.
[8]	ZHOU Molin, JIANG Xin, YI Ting, YANG Xiangguang, ZHANG Yibo. Improvement of Interface Stability Between Sulfide Solid Electrolyte Li₁₀GeP₂S₁₂ and Lithium Metal [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2020, 41(8): 1810.
[9]	LIN Weiguo,SUN Weihang,QU Zongkai,FENG Xiaolei,RONG Junfeng,CHEN Xu,YANG Wensheng. Preparation and Performance of Nano-porous Si/Graphite/C Composite Microspheres as Anode Material for Li-ion Batteries^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2019, 40(6): 1216.
[10]	SHI Huimin, WANG Hui, YIN Jinwei, ZHU Qingyun, WU Ping, Tang Yawen, Zhou Yiming, Lu Tianhong. Preparation and Lithium Storage Performance of MWCNT@SiO₂ Coaxial Nanocables^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2015, 36(1): 175.
[11]	WEI Lin, WANG Lixiu, TAO Zhanliang, CHEN Jun. Co-sputtering Sn-Al/Cu Composite Thin Films as Anode Materials of Li-ion Batteries^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2014, 35(11): 2425.
[12]	SUN Hong-Dan, HE Shi-Ci, XIA Bing-Bo, FANG Guo-Qing, LIU Wei-Wei, QIU Guang-Chao, ZHANG Qian, KANEKO Shingo, ZHENG Jun-Wei, LI De-Cheng. Preparation, Structure and Electrochemical Properties of LiNi_0.5-xAl_2xMn_1.5-xO₄(0≤2x≤0.15) by Spray-Dry Process [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2013, 34(5): 1059.
[13]	WU Feng, XIE Xiao-Yi, ZHANG Cun-Zhong, MU Dao-Bin, WU Bo-Rong. Photo-electrooxidiation of I^- and Photo-assistant Rechargeable Secondary Li-ion Battery [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2013, 34(4): 980.
[14]	WU Ping, DU Ning, ZHANG Hui, YANG De-Ren, LU Tian-Hong. Synthesis and Lithium Storage Performance of α-Fe₂O₃-Ag Hybrid Nanorod Anode for Lithium-ion Batteries [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2013, 34(3): 668.
[15]	CHEN Xiao-Mei, GUAN Xiang-Feng, LI Li-Ping, LI Guang-She*, ZHENG Jing. Bubble Template Synthesis of MFe2O4(M=Co,Zn) Hollow Microspheres and Their Application in Li-ion Batteries [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2011, 32(3): 624.