由于極高的電化學活性、表面離子親和力和離子傳輸速率，富含雜原子的微孔石墨烯是一類穩定高效的電化學電極材料，并有望實現可逆的高密度鋰離子存儲。目前報道的制備介孔和大孔摻雜石墨烯主要為選擇性化學刻蝕等自上而下的方法。如何自下而上的溶液合成微孔石墨烯，實現其化學組成精確且孔隙均一可控仍然是一個重大挑戰。另一方面，塊狀結晶的共價有機框架（COF）引起了人們的重視，然而大部分非共軛型COF的半導體性質差且難以加工，限制了其在能源存儲領域的發展。因此，亟需設計一種具有精確石墨烯子結構的二維微孔聚合物，并賦予其優異的半導體性質和低廉的制備成本。
受到多孔石墨烯在鋰離子存儲中獨特邊緣效應的啟發，有理由認為在納米量級上開放的π-共軛系統中，大量暴露的芳香環邊緣能為鋰離子存儲提供豐富的電化學活性位點。尤其是近期的研究中，有人提出了Li6/C6的全新機理用于解釋有機/聚合物活性電極的超高鋰離子存儲能力。因此，設計一種具有明確結構和開放性微孔骨架的富氮-類石墨烯共軛聚合物（NG-HCP）及其自支撐納米片將提供多樣的活性位點并實現高效的電化學插鋰和脫鋰過程。
IAM林宗瓊研究員與新加坡南洋理工大學張其春教授課題組合作，設計并自下而上的合成了一種可自支撐的單層富氮-類石墨烯-多孔共軛聚合物（NG-HCP）。在溶液中將四氨基苯（TAB）與環己六酮（HKH）進行簡單的脫水縮聚，即可合成具有吡嗪和苯環交替的NG-HCP多孔共軛結構。經系統表征，所制備NG-HCP的N/C比高達0.37，結晶度較高，熱穩定性好，帶隙窄（約1.25 eV），導電率高達3.55 ± 0.4 × 10-2 S cm-1。該材料還具有均一的蜂窩狀六邊形微孔，孔徑~11.65 埃，BET比表面積為72.56 m2 g-1，體積孔隙率為0.255 cm3 g-1。NG-HCP納米片單層的厚度僅為1.0 ± 0.2 nm，同氧化石墨烯（約1.3 nm）和其他二維聚合物骨架相當。拉曼光譜顯示其具有石墨烯子結構并由于氮摻雜導致了電聲子結構的變化。高分辨透射電鏡（HR-TEM）揭示了其有序的結晶區域，C、N和O元素在其中均勻分布，支持了其石墨烯子結構形成的精確蜂窩狀孔洞。晶格分析表明兩層NG-COF之間是以典型的AB方式堆積。
論文鏈接：http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285517305141
