石墨炔

本书为“低维材料与器件丛书”之一。石墨炔是本书作者抢先发售发现的一种新型二维碳材料，全书系统地介绍了石墨炔的理论预测、结构、合成与表征方法、聚集态结构研究及其在电子、信息、能源转化和存储、催化、环境与检测、生物医药等领域的前沿研究及应用探索。本书共分7章：靠前章为绪论；第2章介绍了石墨炔的理论预测与发现；第3章主要从理论模拟角度介绍石墨炔的基本性质；第4章介绍了石墨炔的合成与表征；第5章介绍了石墨炔的聚集态结构；第6章介绍了石墨炔的应用；第7章展望了石墨炔材料发展面临的问题和挑战。石墨炔的发展日新月异，本书是作者在石墨炔领域多年原创性研究成果的系统归纳和整理，对石墨炔新材料的发展具有重要的推动意义与学术参考价值。

李玉良，中国科学院院士，中国科学院化学研究所研究员、中国科学院大学教授、博士生导师。国家重大科学研究计划“973”项目首席科学家（2006~2015年），国家自然科学基金委员会重大研究计划指导专家组成员。曾在荷兰阿姆斯特丹大学化学系、美国Nortre Dame（圣母）大学放射实验室、美国佐治亚理工学院和香港大学化学系从事研究及合作研究。

总序
前言
第1章 绪论 1
1.1 引言 1
1.1.1 碳的广泛性 1
1.1.2 碳的结构 2
1.1.3 碳的同素异形体 3
1.2 模型、术语、实验背景 8
1.2.1 石墨单炔 9
1.2.2 石墨二炔 10
参考文献 11
第2章 石墨炔的理论预测与发现 14
2.1 石墨炔 14
2.2 碳环化合物 17
2.3 碳的网络 20
2.4 理论预测新的稳定石墨炔结构及其电子特性 26
2.4.1 石墨炔的可能构筑单元的搜索 26
2.4.2 环C18H12和C18H6的离域能 28
2.4.3 石墨炔的结构和电子特性 31
2.5 实验挑战和障碍 33
2.6 石墨炔的发现 35
参考文献 36
第3章 石墨炔性质计算与模拟 42
3.1 电子结构与能带工程 42
3.1.1 石墨炔的电子结构 42
3.1.2 石墨炔的能带工程 49
3.2 力学性质 57
3.3 电学性质 63
3.4 光学性质 68
3.4.1 石墨炔片的光学性质 68
3.4.2 堆叠结构石墨炔的光学性质 73
3.4.3 掺杂石墨炔的光学性质 74
3.5 磁学性质 75
3.5.1 6，6，12-锯齿形石墨炔纳米带的电磁特性 75
3.5.2 α石墨炔纳米带的磁性 78
3.5.3 氢化对α石墨炔纳米带的磁性影响 79
3.5.4 掺杂对石墨炔磁性的影响 84
3.6 结构和尺寸依赖的性质 86
3.7 热学性质 91
参考文献 96
第4章 石墨炔的合成与表征 102
4.1 二炔相关小分子的合成 102
4.1.1 去氢[18]轮烯 103
4.1.2 去氢苯并轮烯 106
4.1.3 四炔基乙烯纳米结构 114
4.2 石墨炔的化学合成方法学 118
4.3 石墨炔的表征方法与技术 122
4.3.1 拉曼光谱 122
4.3.2 扫描电子显微镜 124
4.3.3 透射电子显微镜 124
4.3.4 X射线光电子能谱 125
4.3.5 X射线近边吸收结构谱 127
4.3.6 紫外吸收光谱 128
4.3.7 原子力显微镜 128
4.4 石墨炔掺杂及衍生化 129
4.4.1 非金属杂原子掺杂石墨炔 130
4.4.2 空位缺陷掺杂石墨炔 134
4.4.3 表面修饰石墨炔 136
4.4.4 金属修饰的石墨炔 150
参考文献 154
第5章 石墨炔的聚集态结构 160
5.1 石墨炔量子点 160
5.1.1 笼状分子：富勒炔 160
5.1.2 纳米片 161
5.2 石墨炔纳米管与纳米线 161
5.2.1 石墨炔纳米管 163
5.2.2 碳炔纳米带 169
5.3 石墨炔薄膜 173
5.4 石墨炔纳米墙 182
5.5 超薄石墨炔纳米片 185
5.6 有序石墨炔条纹阵列 187
5.7 三维石墨炔 190
参考文献 194
第6章 石墨炔的应用 199
6.1 电子信息 199
6.1.1 半导体材料 199
6.1.2 场发射材料 202
6.1.3 电子器件 204
6.1.4 光探测器 211
6.2 能源转化和存储 214
6.2.1 太阳能电池 214
6.2.2 气体存储 225
6.2.3 锂/钠离子电池 234
6.2.4 超级电容器 248
6.3 催化 252
6.3.1 光催化 252
6.3.2 电催化 254
6.3.3 催化剂载体 261
6.4 环境与分离 265
6.4.1 气体分离 265
6.4.2 海水淡化 273
6.4.3 油水分离 278
6.5 生物应用 284
6.5.1 对生物分子的影响 284
6.5.2 生物分子提取 290
6.5.3 生物分子检测 294
参考文献 300
第7章 展望 310
7.1 石墨炔化学合成方法学及其聚集态结构 311
7.2 高品质石墨炔的控制制备及其基本物性研究 312
7.3 石墨炔及其纳米带的高分辨结构表征与理论模拟 313
关键词索引 315