As baterias de íons de lítio geralmente contêm carbonos grafíticos como materiais anódicos. Os cientistas investigaram o nanoweb carbônico graphdiyne como uma nova rede de carbono bidimensional por sua adequação em aplicações de bateria. Graphdiyne é tão plano e fino quanto o grafeno, que é a versão de grafite com uma camada atômica, mas tem uma porosidade maior e propriedades eletrônicas ajustáveis. No jornal Angewandte Chemie , pesquisadores descrevem sua síntese simples de baixo para cima a partir de moléculas precursoras feitas sob medida.

Os materiais de carbono são os materiais de ânodo mais comuns em baterias de íon de lítio. Sua estrutura em camadas permite que os íons de lítio entrem e saiam dos espaços entre as camadas durante o ciclo da bateria, eles têm uma estrutura cristalina hexagonal bidimensional altamente condutora, e eles formam um estábulo, rede porosa para penetração eficiente de eletrólitos. Contudo, o ajuste fino das propriedades estruturais e eletroquímicas é difícil, pois esses materiais de carbono são principalmente preparados a partir de matéria carbônica polimérica em uma síntese de cima para baixo.

Graphdiyne é uma rede bidimensional híbrida feita de anéis de carbono hexagonais ligados por duas unidades de acetileno (o "diine" no nome). Graphdiyne foi sugerido como uma membrana nanoweb para a separação de isótopos ou hélio. Contudo, suas propriedades eletrônicas distintas e estrutura semelhante a uma rede também tornam o graphdiyne adequado para aplicações eletroquímicas. Changshui Huang, da Academia Chinesa de Ciências, Pequim, e colegas investigaram as capacidades de armazenamento de lítio e as propriedades eletroquímicas de produtos feitos sob medida, derivados de graphdiyne ajustados eletronicamente.

Os cientistas sintetizaram os derivados de graphdiyne em uma estratégia de baixo para cima, adicionando moléculas precursoras em uma folha de cobre, que se auto-organizou para formar nanoestruturas em camadas ordenadas. Usando monômeros contendo grupos funcionais com propriedades eletrônicas interessantes, os autores prepararam grafdiinas funcionais com propriedades eletroquímicas e morfológicas distintas.

Entre esses grupos funcionais, aqueles que exercem efeitos de retirada de elétrons reduziram o gap de graphdiyne e aumentaram sua condutividade, relataram os autores. O grupo ciano foi especialmente eficaz e, quando usado como um material anódico, o graphdiyne modificado com ciano demonstrou excelente capacidade de armazenamento de lítio e foi estável por milhares de ciclos, como os autores relataram.

Em contraste, quando graphdiyne foi modificado com grupos funcionais volumosos (grupos metil) que doam elétrons para a rede graphdiyne, os autores observaram um espaçamento de camada maior, o que tornou a estrutura do material instável, de modo que o ânodo sobreviveu apenas a alguns ciclos de carga e descarga. Os autores também compararam ambos os materiais graphdiyne modificados a uma versão "vazia", ​​onde apenas o hidrogênio ocupava a posição dos grupos funcionais na rede.

Os autores concluem que o graphdiyne modificado pode ser preparado por uma estratégia de baixo para cima, que também é mais adequado para construir arquiteturas de materiais de carbono bidimensionais funcionais para baterias, capacitores, e outros dispositivos eletrocatalíticos.