Le batterie agli ioni di litio di solito contengono carboni grafitici come materiali anodici. Gli scienziati hanno studiato il nanoweb carbonico graphdiyne come una nuova rete di carbonio bidimensionale per la sua idoneità nelle applicazioni delle batterie. Graphdiyne è piatto e sottile come il grafene, che è la versione sottile di uno strato atomico della grafite, ma ha una porosità più elevata e proprietà elettroniche regolabili. Nel diario Angewandte Chemie , i ricercatori descrivono la sua semplice sintesi dal basso verso l'alto da molecole precursori su misura.

I materiali in carbonio sono i materiali anodici più comuni nelle batterie agli ioni di litio. La loro struttura a strati consente agli ioni di litio di viaggiare dentro e fuori dagli spazi tra gli strati durante il ciclo della batteria, hanno un reticolo cristallino esagonale bidimensionale altamente conduttivo, e formano una stalla, rete porosa per una penetrazione efficiente dell'elettrolito. Però, la messa a punto delle proprietà strutturali ed elettrochimiche è difficile poiché questi materiali di carbonio sono per lo più preparati da materia polimerica di carbonio in una sintesi top-down.

Graphdiyne è una rete bidimensionale ibrida composta da anelli di carbonio esagonali collegati da due unità di acetilene (il "diyne" nel nome). Graphdiyne è stato suggerito come membrana nanoweb per la separazione di isotopi o elio. Però, le sue proprietà elettroniche distinte e la struttura simile al web rendono il graphdiyne adatto anche per applicazioni elettrochimiche. Changshui Huang dell'Accademia cinese delle scienze, Pechino, e colleghi hanno studiato le capacità di immagazzinamento del litio e le proprietà elettrochimiche di prodotti su misura, derivati ​​della grafiina regolati elettronicamente.

Gli scienziati hanno sintetizzato i derivati ​​della grafiina in una strategia dal basso verso l'alto aggiungendo molecole precursori su un foglio di rame, che si auto-organizza per formare nanostrutture stratificate ordinate. Utilizzando monomeri contenenti gruppi funzionali con interessanti proprietà elettroniche, gli autori hanno preparato graphdiynes funzionali con proprietà elettrochimiche e morfologiche distinte.

Tra questi gruppi funzionali, quelli che esercitano effetti attrattori di elettroni hanno ridotto il gap di banda della grafiina e ne hanno aumentato la conduttività, hanno riferito gli autori. Il gruppo ciano era particolarmente efficace e, se utilizzato come materiale anodico, il graphdiyne ciano-modificato ha dimostrato un'eccellente capacità di accumulo di litio ed è rimasto stabile per migliaia di cicli, come riportato dagli autori.

In contrasto, quando la graphdiyne è stata modificata con gruppi funzionali voluminosi (gruppi metilici) che donano elettroni alla rete di graphdiyne, gli autori hanno osservato una spaziatura degli strati maggiore, che ha reso la struttura del materiale instabile in modo che l'anodo sia sopravvissuto solo a pochi cicli di carica e scarica. Gli autori hanno anche confrontato entrambi i materiali in grafiina modificata con una versione "vuota" in cui solo l'idrogeno occupava la posizione dei gruppi funzionali nella rete.

Gli autori concludono che il graphdiyne modificato può essere preparato con una strategia dal basso verso l'alto, che è anche più adatto per costruire architetture funzionali bidimensionali in materiale di carbonio per batterie, condensatori, e altri dispositivi elettrocatalitici.