石墨炔是一种具有中国自主知识产权的新型二维全碳材料,由sp和sp2杂化碳原子组成,具有丰富的化学键、天然的孔洞结构、天然带隙、高共轭π结构、表面电荷分布不均匀以及能够实现在任意基底表面的可控生长等独特性质,在生长组装、高活性界面构筑、器件集成等领域具有巨大的优势和先进性。自李玉良院士2010年首次成功合成以来,石墨炔即在催化、能源存储、智能器件、光电、信息和生命科学等领域展现了众多新现象和新性质,迅速激起了全世界范围内的研究热潮,取得了一系列原创性研究成果,得到全世界不同领域学者的广泛关注,并快速发展为新的研究领域和前沿热点。据国家科技图书文献中心报告,如今世界上已经有60多个国家和地区的500多个研究团队开展了石墨炔研究。中国科学院科技战略咨询研究院、中国科学院文献情报中心与科睿唯安联合面向全球发布的《2020研究前沿》报告中,石墨炔研究被推选为化学与材料科学领域Top10前沿“热点”。石墨炔独特的结构和性质非常契合高活性催化材料的发展需求。比如,石墨炔极不均匀分布的表面电荷为其带来了丰富的活性位点,产生高本征活性;石墨炔可以在任意基底表面实现温和可控生长,为石墨炔基高性能异质结构arsenic biogeochemical cycle催化剂的可控构筑及性能调控奠定了基础。本文以石墨炔为核心,充分利用石墨炔独特的化学和电子结构性质,可控合成三种具有明确活性位点的高活性石墨炔基异质结催化剂,实现了在高效固氮制氨、电解海水制氢和电催化析氧反应中的应用,并结合多种结构和形貌表征技术深入研究了催化过Alpelisib小鼠程中Ceralasertib价格活性位点结构和催化性能之间的构效关系。本论文主要包括以下内容:第一章,首先概述了石墨炔的结构和性质,随后介绍了石墨炔及其聚集态的合成方法和结构性质等方面的研究进展,最后归纳总结了石墨炔在催化、能源转换与存储、智能器件以及生命科学等领域的基础和应用研究新进展。第二章,发展了可控合成石墨炔/普鲁士蓝类似物电荷转移异质结催化剂的新方法,成功合成了高选择性和高活性界面结构,实现了高选择性、法拉第效率和氨产率的电催化硝酸盐还原制氨过程。研究结果表明异质界面上石墨炔与普鲁士蓝类似物中金属原子间的不完全电荷转移行为能够显著增加活性位点数量,提高电荷转移能力,引发催化体系的高活性和高选择性,实现了石墨炔基电荷转移催化剂在制氨领域的高效利用。第三章,在泡沫镍表面原位生长不同镍/钌摩尔比的镍钌类水滑石纳米片阵列,随后在其表面进行石墨炔界面的原位构筑,构建了具有不完全电荷转移的电子给体-受体结构催化体系,获得优异的电解海水制氢性能。研究发现,改变镍/钌摩尔比能够有效调节催化剂的形貌和电子结构,异质界面的形成能够赋予催化体系优异的导电性、大量的活性位点和超高的反应活性。此外,石墨炔包覆层能够有效抑制材料腐蚀,提高稳定性。第四章,利用石墨炔能够在任意基底表面温和可控生长的特性,实现了石墨炔在镍铜双金属氢氧化物纳米片表面原位可控生长,获得了石墨炔/镍铜双金属氢氧化物异质结催化剂。研究结果显示,通过对两种金属比例的调控可以实现对催化剂结构和形貌的有效调控,石墨炔与金属原子之间的强不完全电荷转移性质显著增强了催化剂的导电性,增加了活性位点数量,从而提高了催化剂的本征活性,获得了优异的碱性电催化析氧反应性能。第五章,本论文的主要结论与展望。