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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