石墨炔衍生物的合成与应用

李晓慧，李晓东，孙全虎，何建江，杨泽，肖金冲，黄长水,,＊

1河北大学化学与环境科学学院，河北省化学生物学重点实验室，河北 保定 071002

2中国科学院化学研究所，北京 100190

3河北农业大学理学院，河北 保定 071001

4中国科学院青岛生物能源与过程研究所，山东 青岛 266101

5中国科学院大学，北京 100049

1 引言

2010年，中国科学院化学研究所李玉良院士团队通过偶联反应用六乙炔基苯在铜箔表面成功制备了大面积石墨炔薄膜(Graphdiyne，GDY)1,2，获得了一种全新的碳同素异形体，为碳材料家族的壮大与发展注入了新的活力。

石墨炔是苯环与碳碳炔键共轭连接形成的具有二维(2D)平面网状结构的全碳材料(图1)1,3。作为一种全新碳材料，独特的、丰富的碳化学键赋予其优良的半导体性能4–6，使其能够广泛应用于诸多领域3,5,7–16，如能量存储与转换17–19、光电探测20,21、催化22–29等。

图1 石墨炔的结构Fig. 1 Structure of graphdiyne.

基于石墨炔独特的电子结构和自下而上的合成策略，研究者们利用其他芳炔替代六乙炔基苯，例如可将杂原子引入sp杂化的炔键碳之间30–33，或者利用其他芳环(碳芳环或者含有N、B、S、P、Si、Ge等杂环)替代苯环，获得结构可调的石墨炔衍生物6,34–42。图2列举了目前所报道的石墨炔衍生物的前驱体结构36,43–62。不同结构的前驱体所制备的石墨炔衍生物具有特异的半导体性质(如电导率、带隙、迁移率和电荷分离效率等)，实现对材料性能的精准调控。本文综述了近年来石墨炔衍生物国内外研究的代表性进展，对石墨炔衍生物新材料的开发设计、新应用领域的发展有着重要借鉴意义。

图2 石墨炔衍生物前驱体的结构示例36,43–62Fig. 2 Precursor structures of graphdiyne derivatives 36,43-62.

2 石墨炔衍生物的合成

一般，石墨炔衍生物的合成常采用Glaser偶联法，该方法主要是在Cu(I)的碱溶液中实现末炔偶联。与之相比，改进后的Glaser-Hay偶联具有更多优点，选用催化量的CuCl和四甲基乙二胺(TMEDA)络合物催化体系可以溶于更多溶剂，反应适用性更广。Eglinton偶联反应，是通过化学计量的Cu(II)与碱催化发生偶联反应。反应过程中二价铜盐定量，非催化量，故不需用氧气重新氧化。以上几种偶联的机理如图3所示12,63–67。

图3 石墨炔衍生物的合成路径：Glaser偶联(a),Glaser-Hay偶联(b)和Eglinton偶联(c) 12,63,66,67Fig. 3 Synthetic routes to graphdiyne derivatives:Glaser coupling (a), Glaser-Hay coupling (b) and Eglinton coupling (c) 12,63,66,67.

此外，在实际应用中，研究者们探索出了不同的合成策略，如模板法、界面法、气相沉积法、爆炸法等35,68–70。其中，基于铜基底的表面原位聚合是一种经典的合成方案，在合成过程中，铜箔兼有交叉偶联催化剂和材料生长基底的双重作用。在热吡啶的作用下，铜箔会自表面释放铜离子进入液相，与吡啶发生配位作用，在铜箔表面与前驱体接触发生Glaser偶联反应得到石墨炔薄膜。基于以上经典合成策略，不同的前驱体分子在液相中发生偶联反应可直接制备系列石墨炔衍生物63,71。近年来，石墨炔衍生物的合成方法及应用领域归纳如表1所示。

表1 石墨炔及其衍生物结构、制备方法、应用与性能一览表1,2,36,43,49-56,58,60,62Table 1 Structures, preparations and performances of GDY and graphdiyne derivatives 1,2,36,43,49-56,58,60,62.

2.1 单一前驱体单元构筑的石墨炔衍生物

2.1.1 Glaser偶联

Kulkarni等56采用Glaser偶联，将带有三甲基硅基保护基的2,4,6-三乙炔苯基-1,3,5-三嗪(TZ，图2h)前驱体溶解于吡啶中，在铜表面直接生长了石墨炔衍生物TZ-GDY (图4a)，改变反应温度可以控制其形貌结构。该反应过程相对缓慢，在最初24 h内未观察到聚合物的生成。此外，在制备石墨炔衍生物过程中，由于单键的自由旋转、端基乙炔基之间的不规则交联等影响，可能导致目标衍生物的质量不高。Zhou等36合成了一种基于三苯基取代苯的石墨炔衍生物Ben-GDY，通过超分子相互作用来控制前驱体的构象，进而提升材料的结晶度。如图4b，Ben-GDY是一个以2,4,6-三苯基-1,3,5-三乙炔苯(Ben，图2d)作为前驱体的扩展π共轭碳网络。其合成是通过铜箔上的Glaser偶联反应实现的，其中铜箔作为催化剂及二维材料的受控保形生长基底。邻近苯环之间的π–π/CH–π相互作用可以迫使炔烃骨架进入接近平坦的表面，这些超分子相互作用确保了铜表面层的横向生长，并防止了层间的交联。在石墨炔衍生物的合成过程中，缺陷不可避免地对材料的本征性质产生影响2,68,70–72，因此无缺陷的石墨炔衍生物的合成仍是一个挑战。

图4 TZ-GDY (a)和Ben-GDY (b)的结构与合成36,56Fig. 4 Structures and synthetic route to TZ-GDY (a) and Ben-GDY (b) 36,56.

在Glaser偶联反应中，通过固/液、液/液或气/液界面合成等策略可有效构建新型石墨炔衍生物材料。如图5所示的两种石墨炔衍生物的固/液界面合成和液/液界面合成采用不同的装置和体系。其中，Liu等49采用固/液界面合成策略在铜箔表面构建了一种以1,1,2,2-四(4-乙炔基苯基)乙烯(TPE，图2b)为前驱体单元的全共轭二维膜材料TPEGDY(图5a)。Pan等51利用液/液界面策略合成了一种以2,3,6,7-四乙炔基四硫富瓦烯(TTF，图2f)为前驱体的二维π共轭框架材料TTF-GDY (图5b)。采用以上策略制备TPE-GDY和TTF-GDY，可以很容易地获得大而光滑(厘米大小)的薄膜材料。

图5 TPE-GDY的固-液界面合成(a)和TTF-GDY的液/液界面合成(b) 49,51Fig. 5 Solid-liquid interfacial synthesis of TPE-GDY (a)and liquid/liquid interfacial synthesis of TTF-GDY (b) 49,51.

2.1.2 Glaser-Hay偶联

Wang等47以吡啶为溶剂，在铜箔基底上通过三乙炔硼的Glaser-Hay偶联反应制备了具有独特平面共轭结构的硼炔(B-GDY，图6a)薄膜。Pan等43以三乙炔基苯并噻吩(BBT，图2g)为前驱体在吡啶溶液中通过Glaser-Hay偶联反应在铜箔表面制备了一种二维材料BBT-GDY (图6b)。此外，Pan等54还通过Glaser-Hay偶联反应制备了基于5,10,15,20-四乙炔基卟啉前驱体的石墨炔衍生物Por-GDY及负载Co的卟啉-石墨炔(CoPor-GDY，图6d)。Matsuoka等55在Glaser-Hay偶联中，直接用[Cu(OH)TMEDA]2Cl2作催化剂，在氩气氛围下，新制的前驱体2,3,6,7,10,11-六乙炔基三苯并苯(HETP，图2c) (0.1 mmol·L-1)的邻二氯苯溶液和[Cu(OH)TMEDA]2Cl2(5 mmol·L-1)的乙二醇溶液构成的双相系统在60 °C下维持反应24 h，在液/液界面生成石墨炔衍生物TP-GDY(图7)黄色薄膜。

图6 B-GDY (a)、BBT-GDY (b)、C-DY (c)和Por-GDY (d)的结构及CoPor-GDY (e)的合成43,44,47,54Fig. 6 Structures of B-GDY (a), BBT-GDY (b),C-DY (c), Por-GDY (d) and synthetic route to CoPor-GDY (e) 43,44,47,54.

图7 TP-GDY的液/液界面合成和结构55Fig. 7 Liquid/liquid interfacial synthesis and structure of TP-GDY 55.

continued Table 1

在石墨炔衍生物的Glaser-Hay偶联反应中，水热法在反应选择性、高质量薄膜的大面积合成和二维层状结构的优先控制等方面显示出巨大的优势3。水热条件下丙酮溶剂的超临界环境也有助于改善材料在铜箔上的堆叠方式。Gao等53以六乙炔基吡嗪并喹喔啉(PQ，图2i)为前驱体70，使用水热高压反应釜，在TMEDA存在下，在铜箔表面获得了吡嗪并喹喔啉基石墨炔衍生物(PQ-GDY)薄膜(图8)。需要注意的是，在三异丙基硅烷基脱保护后，由于末端炔烃在室温下具有极高的活性和在空气中的不稳定性75，因此不能进一步提纯和分离，而是直接采用原位脱保护和交叉偶联反应一锅法合成的。

2.1.3 Eglinton偶联

Eglinton偶联也是合成石墨炔衍生物的重要方法之一，它是在惰性气体环境下的吡啶溶剂中进行反应的。Zhao等44以甲醇-吡啶为溶剂，在Cu(OAc)2·H2O的催化下将室温下不稳定的四乙炔基甲烷通过Eglinton均相偶联获得了具有类似于金刚石结构的稳定三维骨架结构的聚合物C-DY(图6c)固体粉末。这是首次在分子水平上通过Eglinton均偶联合成sp-sp3杂化的3D多孔碳材料，为制备具有以上特征的石墨炔衍生物提供了重要的思路。

2.2 两种共轭前驱体单元交替与炔键偶联的石墨炔衍生物

Arya等62报道了一种由晕苯(coronene)和芘两种前驱体单元杂化交替与乙炔基相连构成的新型二维π共轭石墨炔衍生物材料(COP-GY)。COP-GY是一种具有高热稳定性的二维纳米片。图8c显示了COP-GY的合成过程示意图，其合成是通过1 : 1当量的1,4,7,10-四溴晕苯和1,3,6,8-四乙炔基芘的Sonogashira偶联实现的。

图8 PQ-GDY (a, b)和COP-GY (c)的结构和合成过程53,62Fig. 8 Structures of PQ-GDY (a, b) and synthetic routes to COP-GY (c) 53,62.

2.3 金属嵌入型石墨炔衍生物

金属离子的掺杂有利于提升电极材料的稳定性76。密度泛函理论计算预测将杂原子(N、B、P、Al、As和Ga)嵌入到石墨炔主体骨架中，可以有效优化石墨炔基材料的机械、电子和光学特性以及热稳定性77。Sun等59通过设计末端炔基溴化物的分子前驱体，实现了二维有机金属框架-C≡C-Au-C≡C-的合成。在室温(RT)和褪火至320 K时，通过脱卤同质偶联反应在惰性Au(111)表面形成了-C≡C-Au-C≡C-。Yang等60报道了通过Glaser偶联中的界面反应，在Ag(111)上形成-C≡C-Ag-C≡C-网络框架(Ag-TET，图9c)。在Au(111)上进一步褪火后，Au-二炔化物可以转化为石墨炔，而在Ag(111)上的Ag-二炔化物网络即使在相当高的温度下也能保持其结构稳定。Zhang等61在超高真空条件下，Ag(111)上通过气体介导的表面反应制备了具有微米尺寸的有机金属炔基银的蜂窝状网络结构(Ag-Ben-GDY，图9a，b)。Xu等58分别通过液/液和气/液界面合成法制备了两种新型金属化炔属材料HgL1 (图9d)和HgL2 (图9e)。

图9 Ag-Ben-GDY (b)和Ag-TET (c)的结构及Ag-Ben-GDY (a)、HgL1 (d)、HgL2 (e)的合成过程58-61Fig. 9 Structures of Ag-Ben-GDY (b) and Ag-TET (c) and synthetic routes to Ag-Ben-GDY (a),HgL1 (d) and HgL2 (e) 58-61.

3 石墨炔衍生物的空间结构调控

3.1 平面结构

Gao等53报道的PQ-GDY (图8a，b)薄膜是在铜箔上生长的二维平面材料，其晶格结构经高分辨率透射电镜等测试证实。材料中掺杂氮有利于提升其电子传输性能，测得其电导率为(1.2061–1.5261) × 10-2S·m-1。前驱体中含有吡嗪并喹喔啉单元使所得PQ-GDY材料具备了较大的共轭交联，不仅可以增加电子离域程度，还为金属离子提供更多的结合位点，因此可应用于锂离子电池等储能应用。Liu等49报道的二维平面型TPE-GDY材料具有良好的结晶度，呈现三角形和六边形的双孔结构(图5a)。该薄膜通过完全共轭的二乙炔键将TPE单元锁定在二维网状结构中，在发光和传感领域中具有潜在应用。

3.2 类金刚石结构

Yang等45,46先后制备的具有类似于金刚石的三维网状结构的Si-DY (图10a)、Ge-DY (图10b)具有与C-DY相似的结构特征。不过，与不稳定的四乙炔基甲烷相比，四乙炔基硅烷具有更好的稳定性74。Si-DY和Ge-DY仅由含有sp杂化碳的丁二炔单元和sp3杂化的硅/锗原子连接而成，它们像积木一样有序堆积，形成三维网状多孔碳结构。微孔材料Si-DY和Ge-DY的空腔直径分别为1.43、1.4 nm。在Si-DY和Ge-DY中，类似于金刚石的稳定三维骨架可以充分利用所有内部空间通道，从而打破传统二维材料仅在平行空间存储的限制。同时，作为线性连接体，丰富的炔键形成离域π共轭结构，保证了材料体系的导电性，从而进一步扩大材料骨架的孔径，有利于金属离子的存储和扩散。

图10 Si-DY (a)和Ge-DY (b)的三维结构45,46Fig. 10 3D porous skeletons of Si-DY (a) and Ge-DY (b) 45,46.

3.3 其他三维结构

要设计三维构型的石墨炔衍生物材料，除了通过在前驱体中引入sp3杂化的单原子策略外，还可以通过sp3杂化的螺原子引入螺环单元来实现。Lu等52报道了一种螺二芴基石墨炔衍生物的三维纳米球(SBFCY-NS，图11)。其中，9,9’-螺二芴(SBF)包含两个通过sp3-C连接的具有接近90°二面角的芴单元，利于形成三维结构。该材料中含有sp、sp2和sp3等三种杂化碳，形成具有微孔的正交刚性结构，三维空间中相互交织的网格构建了一系列平均直径为0.55 μm的实心球体，测得SBFCY-NS存在0.5–1.26 nm的微孔。三维材料的刚性结构不仅提高了材料的稳定性，还可以提供丰富的传输路径并提供较大存储空间。在SBFCY-NS中，两个芴单元通过丁二炔键连接，共轭体系扩展形成多条电子通路，从而实现电导率的提高(2.22 × 10-5S·m-1)。SBFCY-NS具有1.25 eV的较小光学带隙，有利于电子的跃迁。由于该纳米球的形貌优势，可用作高效储能和传输电极材料。

图11 SBFCY-NS的合成过程和形貌52Fig. 11 Synthetic procedure and morphology of SBFCY-NS 52.

4 石墨炔衍生物的应用

由于具有丰富的碳化学键、大的共轭体系、天然的孔洞结构和本征带隙等特征，石墨炔衍生物在生长、组装和性能调控等方面表现出巨大优势，是推动能源、催化、光电等领域创新性发展的关键材料71,78–80。

4.1 电化学储能

石墨炔衍生物材料具有多孔形貌，孔内较大比表面积可以作为碱金属离子或氢气小分子等的有效传输路径，因而可作为良好的储能材料。

4.1.1 锂离子电池

锂是原子序数最小且密度最小的金属，因此，其在提高二次电池的能量密度方面有先天优势。同时，锂具有较低的电极电位，有利于在电池中实现较高的电压输出81。石墨炔可作为高性能储锂电极材料，其嵌锂电位在1.9–2.9 V之间82，其储锂比容量理论上可达788 mAh·g-183，且在200、500 mA·g-1的电流密度下循环200圈后仍能分别保持345和266 mAh·g-1的容量72，因此，开发调控石墨炔衍生物的储锂特性有重要前景。

C-DY、Si-DY和Ge-DY分别作为锂离子电池(LIBs)负极材料应用于锂离子电池中(图12)44–46。在200 mA·g-1的电流密度下循环100次后，C-DY的可逆锂离子容量为748 mAh·g-1(图12a)，而在50 mA·g-1的电流密度下经历100个循环后，Si-DY和Ge-DY的平均可逆锂离子容量分别为2303、2339 mAh·g-1(图12b，c)。即使在5000 mA·g-1的高电流密度下经历5000次循环，Si-DY和Ge-DY电极也能提供约980、926 mAh·g-1的比容量，库仑效率均高达99.9% (图12d，e)，说明Si-DY和Ge-DY基电极对快速离子嵌入/脱出过程具有优良的耐受性和稳定性。此外，三者均具有良好的倍率性能(图12f–h)，这表明其刚性骨架在循环过程中非常稳定。综上，具有空间三维骨架结构的石墨炔衍生物表现出超高的锂离子存储容量和优异的倍率能力，在电化学储能领域具有巨大潜力。

图12 C-DY、Si-DY和Ge-DY的锂离子电池性能44-46Fig. 12 Electrochemical performance of C-DY、Si-DY and Ge-DY based anodes for Li ion storage 44-46.

可以通过引入杂原子或杂环单元对材料的电化学性能进行调控。S、N等元素的掺杂可以大幅度提高掺杂位置周围的锂离子吸附能力。由图1351,53可见，TTF-GDY电极的可逆容量高达837.6 mAh·g-1。在0.5、1和2 A·g-1的高电流密度下，TTFGDY电极的容量保持在544、372和294 mAh·g-1，具有良好的可逆性(图13a)。在0.5 A·g-1的电流密度下，TTF-GDY电极表现出超强的可循环性和长效稳定性(图13b)。与之相比，PQ-GDY也具有良好的倍率性能，在0.1、0.2、0.5、1、2、4和10 A·g-1的高电流密度下，分别可以观察到632、485、414、355、272、195和133 mAh·g-1的可逆容量(图13c)。在电流密度200 mA·g-1下持续900次循环后，PQGDY电极依然稳定，且仍保有570.0 mA h·g-1的比容量(图13d)。由此可见，四硫富瓦烯单元是优异的给体，并呈现优良的氧化还原性质。在吡嗪并喹喔啉单元中引入的氮原子也可以调节材料的表面极性和电化学性能。作为新型电化学材料，以上石墨炔衍生物由于高比容量和优异的循环稳定性在能源领域具有巨大的应用潜力。

图13 TTF-GDY和PQ-GDY的锂离子电池性能51,53Fig. 13 Electrochemical performance of TTF-GDY and PQ-GDY in Li ion storage 51,53.

4.1.2 钠离子电池

因丰富的钠储量，较大的离子半径对能量密度要求不高，允许低浓度电解液，且无过放电特性以及与锂离子电池相似的工作原理，钠离子电池有望实现大规模储能应用84,85。Lu等52测试了SBFCY-NS的锂离子和钠离子存储性能(图14)。锂离子电池中，在50 mA·g-1电流密度下的比容量可达到1050 mAh·g-1，并在110次循环后仍能保持初始容量的97% (图14a)。而在5 A·g-1电流密度下，锂离子电池容量在9500次循环中保持稳定(图14c)。钠离子电池中，在5 A·g-1电流密度下循环3000次后，容量保持在130 mAh·g-1(图14b)。用于锂离子存储时，在0.1、0.2、0.3、0.5、1、2和5 A·g-1的电流密度下测得比容量分别为928、770、671、588、443、359和286 mAh·g-1(图14d)。在重新回到初始电流密度下，比容量仍可恢复(图14d–e)。综上，SBFCY-NS纳米球内部合适的孔结构和空间为离子储存提供了体积膨胀缓冲空间，丰富的交织大孔为体相提供了高效、足够的离子传输通道。这些特殊的结构赋予了非常稳定的Li+和Na+存储能力。该材料的研究为开发具有丰富孔隙的新型石墨炔衍生物电极材料提供了依据。

图14 SBFCY-NS的锂和钠离子电池性能52Fig. 14 Lithium and sodium storage performance of SBFCY-NS 52.

4.2 电催化

Pan等54将制备的卟啉基石墨炔衍生物Por-GDY负载钴后得到CoPor-GDY，它可视为双功能电催化剂，用于碱性溶液中的析氢反应(HER)和析氧反应(OER) (图15)。扩展的二维多孔结构可以为小分子的扩散提供有效的传输通道，最终实现高效的催化性能。CoPor-GDY的HER在10 mA·cm-2下表现出308 mV的过电位(图15a)，Tafel斜率为68 mV·dec-1(图15b)，远小于Por-GDY的斜率(234 mV·dec-1)，表明CoPor-GDY催化的析氢反应更快；OER在10 mA·cm-2下表现出400 mV的过电位，Tafel斜率为129 mV·dec-1(图15d，e)。与已报道的非贵金属基催化剂、无金属多孔材料催化剂，或相关复合材料相比，CoPor-GDY在HER和OER中表现出更低的过电位，表明其具有更好的催化性能(图15c，f)。

图15 CoPor-GDY和Por-GDY在析氢反应(a，b，c)和析氧反应(d，e，f)中的电催化性能54Fig. 15 The electrocatalytic performances of CoPor-GDY and Por-GDY in HER and OER 54.

4.3 光学领域的应用

石墨炔衍生物还可应用于激光、非线性光学等光学领域。Xu等58研究发现制备的纳米片HgL1和HgL2 (图9d，e)在532、1064 nm的激光照射下，呈现出稳定而明显的宽带非线性饱和吸收(SA)特性，因此可用作激光被动调Q (passively Q-switched，PQS)器件的饱和吸收体。两种纳米片都显示出SA的光开关性能。此外，HgL1和HgL2两个纳米片作为饱和吸收体在1064 nm波长处展现了PQS激光器特性。HgL2纳米片呈现更好的脉冲特性，包括更大的单脉冲能量(0.541 μJ)和更高的峰值功率(1.23 W)。这些具有可控厚度和高透明度的大面积纳米片可以转移到光学玻璃和其他基板上，并可以直接作为独立薄膜应用在光电器件中。Liu等50报道了TPE-GDY (图5a)的光学二次谐波现象，发现TPE-GDY在紫外波段显示出清晰的手性信息，同时表现出良好的非线性倍频响应。因此，TPE-GDY可视为一种具有重要发展前景的非线性光学(nonlinear optics，NLO)纳米材料，为全碳纳米材料在先进光子学领域的发展提供了一种重要的新策略，并为未来的非线性光电子应用开辟了新思路。

4.4 其他领域的应用

此外，石墨炔衍生物可作为功能性材料应用于其他领域。Arya等62研究发现，COP-GY (图8b)由于大比表面积和多孔性，可用于油水分离。结合三聚氰胺海绵和棉织物进行测试，结果表明，加入COP-GY的棉织物表现出95.5%的油水分离效率；更重要的是，三聚氰胺海绵中的COP-GY表现出超疏水性，接触角为154.4°。由此可见，COP-GY具有良好的油水分离效率、导电性和超疏水性，可作为防水、防腐和生物传感领域有力的备选材料。COP-GY材料中芳烃分子之间主要通过一个乙炔键相连接，由于其制备更具有挑战性，近年来也引起了科学家的广泛关注。如Wu等86提出炔烃置换策略和合成得到的石墨炔，苯环之间只含有一组乙炔键。其中，三键的引入极大提升了材料的电子密度，与N2相比，更有利于对CO2的吸收。

5 结论及展望

石墨炔作为具有中国自主知识产权的新型碳材料，自从制备以来获得了国内外科学家的高度评价和关注，经过十多年的快速发展，该类材料已在光电催化、半导体、能源、生物等多个领域呈现优良性能。由于该类材料制备方法简单，前体分子结构易于可控合成，近年来，经过剪裁修饰获得了系列结构特异的石墨炔衍生物，这类新型碳材料具有本征石墨炔的独特电子结构和性能，又有分子极性导致材料电子分布不均匀而形成的特异性能，更极大拓展和优化了其在能源、催化等诸多领域的应用。

石墨炔及其衍生物与其他传统碳材料的根本区别在于其sp和sp2电子结构所引发的新概念、新性质和新知识87。虽然一些重要的基本问题已经得到解决，然而，石墨炔衍生物的构筑以及其聚集态结构还需要更多的应用知识积累和探索，包括前驱体的选择、不同维数聚集态结构及其本征性质的深刻了解、新的合成方法和技术、掺杂等以及与制备技术、成膜技术等的联系。石墨炔衍生物的合成和制备及其聚集态结构仍需进一步研究。目前，石墨炔衍生物已在能源、催化、光电等诸多领域取获得了突破性进展。由于其独特的电子结构和可控的化学结构，石墨炔衍生物期望在新氢能源转换、光合作用制化学品、高效人工固氮、生命科学、智能信息等领域呈现出变革性应用潜力。