石墨炔（Graphdiyne, GDY）作为一种新兴的碳同素异形体，因其独特的sp-sp²杂化共轭结构而展现出区别于石墨烯、碳纳米管等传统碳材料的优异性能。GDY具有三个独特的结构特征：1) 1, 3-二炔键将苯环共轭连接形成二维平面网络结构；2)二维平面石墨炔通过范德华力和π–π相互作用堆叠；3) 18个C原子构成的大三角形孔结构。这种结构不仅赋予石墨炔可调的能带结构和优异的电子传输性能，还使其具备高比表面积和均匀分布的孔道，为原子、离子和分子的吸附与迁移提供了理想通道。
石墨炔中sp杂化碳原子具有高度未饱和性和较强的化学反应活性，能够与多种金属原子产生稳定的配位或电子相互作用，从而有效防止金属团聚和迁移。这一特性使得石墨炔成为构筑单原子催化剂（Single-Atom Catalysts, SACs）的理想载体。其丰富的炔键位点不仅为金属原子的锚定提供了高密度的活性中心，同时可通过调控炔键电子结构实现对单原子电子态和配位结构的精准调节，从而显著提升催化活性与选择性。此外，石墨炔的规整孔状结构与高比表面积有助于实现高负载量单原子分散，同时促进反应物的高效传质与产物脱附；其良好的化学稳定性和导电性进一步保证了催化体系在复杂环境条件下的长期运行性能。
基于上述显著优势，我们团队近年来致力于新型石墨炔基催化剂的设计与构筑，系统研究其本征结构-性能关系，探索其在环境催化、能源转化及污染治理等领域的应用潜力。通过对石墨炔表面电子结构调控、金属-载体界面构筑及反应机理分析，我们旨在揭示其独特的催化作用机制，为高效、可持续的环境催化剂开发提供新的理论依据与研究思路。
此外，研究团队致力于高能量密度电极材料、液态有机储氢材料及高熵合金/氧化物纳米材料等前沿方向的研究，旨在推动先进储能、氢能利用与高效催化等领域的技术发展与应用。
图1. 纳米团簇CuO负载的GDY基催化剂
图2. HsGDY材料捕获空气中的Hg0
代表性论文成果
(1) Science 2025, 388, 514-519.
(2) Nature Commun. 2025, 16, 2439.
(3) PNAS. 2023, 120, e2221002120.
(4) Angew. Chem. Int. Ed., 2023, 62, e202309158.
(5) J. Am. Chem. Soc., 2022, 144, 4942-4951.
(6) J. Am. Chem. Soc., 2021, 143, 8720-8730.
(7) Angew. Chem. Int. Ed., 2024, 63, e202408894.
(8) Environ. Sci. Nano, 2021, 8, 1863-1885.
(9) ACS Appl. Mater. Interfaces, 2018, 10, 17167-17174.
(10) Chem. Sci., 2024, 15, 5061.
