柳小玄，李 铮，韩 飞，刘洪波，刘金水

(湖南大学 材料科学与工程学院 先进炭材料及应用技术湖南省重点实验室，长沙 410082)

0 引 言

石墨中碳层与碳层之间依靠弱的范德华力结合(碳层内σ键键能345 kJ·mol-1，层间范德华力16.7 kJ·mol-1[1])，这使得多种分子、原子、离子和原子团能进入石墨层间形成不破坏石墨层状结构的新化合物，称为石墨层间化合物(Graphite Intercalation Compounds，GICs)[2-4]。根据客体与宿主石墨之间形成的化学键类型，广义上将GICs分为共价键型GICs和离子键型GICs[5-6]。共价键型GICs中碳层的碳原子经过sp3杂化使得碳层结构弯曲变形，成为无自由电子的绝缘体，产物种类较少，因此“GICs”一词多数情况下都指离子键型GICs[7]。电化学体系中化学物质嵌入石墨层间形成离子键型GICs的反应可以表示为：

C+mX→CXm

(1)

石墨和嵌入其中的客体(X)发生氧化还原反应，如果客体(X)成为阴离子(Xm-)，那么这个可逆反应可以表示为：

Cx+X→Cxm+·Xm-

(2)

由于客体X接受了碳层中的离域π键的m个电子，所以这类GICs称为受电子型GICs。如果客体X向碳层提供电子，那么这种GICs就称为供电子型GICs，可逆反应表示为：

Cx+X→Cxm-·Xm+

(3)

客体物质进入石墨层间后，减弱了石墨碳层中离域π电子相互作用，且客体与宿主之间发生电荷转移，增加了材料的载流子(电子或空穴)浓度并在相邻碳层间搭建高效的载流子通道，从而赋予GICs优良的导电性[8-11]。

由于离子键型GICs客体的插入，碳层中的离域π键分别从/向插层客体接受/提供电子，引起石墨碳层的电子特性显著变化并赋予它独特的性质。通过有目的地改变插层客体种类，可以便捷地调整产物结构特征和理化性质，因此离子键型GICs受到越来越多的关注。……