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 伴隨著可再生的風、光等非化石能源的發展，能源和環境方面的種種壓力和問題將不斷得到改善。然而像光能、風能等能源具有不穩定、不連續、不可控等缺點，而這些往往會造成巨大的能量損失。僅在2016年，我國由于不可控而造成的棄風、棄光電量就達到了500億千瓦時，而這一數據已經超過了某些國家一年的用電量。要解決這一問題，就需要儲能器件和技術的進一步發展，而大規模儲能的瓶頸之一就是能源存儲和轉換材料的發展。

碳材料，特別是二維碳材料，如石墨炔、石墨烯，具有高度共軛的碳骨架、均勻分布的孔隙和二維層狀平面特性，擁有巨大的應用前景。其中由苯環和炔鍵鏈接構成的石墨炔類碳材料，具有更大的孔道構造和大量的sp雜化碳原子，能夠提供豐富的離子通道和催化活性位點。中國科學院青島生物能源與過程研究所碳基材料與能源應用研究組研究發現，石墨炔碳材料可以通過前驅體控制、化學鍵合、熱處理等方式引入特定的異原子，增加更多的活性位點或者催化中心，進而制備出電化學性能更好的儲能材料、電催化材料，在電化學儲能、燃料電池電催化等領域具有重要的應用前景。

研究組基于石墨炔類碳材料的可控制備和應用，在可充電電池、太陽能電池、催化劑和電子材料等領域均取得一系列進展。石墨炔中富含大量的乙炔鏈，而這些乙炔鏈中的sp雜化碳一方面可以作為反應的活性位點，同時也可以作為異原子的附著點位，研究人員充分利用石墨炔的這一特點，通過對石墨炔類碳材料進行異原子摻雜（如鐵、氮、硫等）制備得到了石墨炔異原子摻雜材料；進一步的應用研究表明，所制備的摻雜石墨炔類碳材料在鋰離子電池、鋰離子電容器、鈉離子電容器以及電催化等器件應用中均表現出優異的電化學性能。

相關成果已經分別作為期刊封面發表在國際期刊CARBON, Chem. Eur. J., ChemSusChem 和ChemElectroChem 上(DOI: 10.1016/j.carbon.2018.05.049, 10.1002/celc.201800300, 10.1002/celc.201800516, 10.1002/cssc.201802170, 10.1002/chem.201900477, 10.1002/chem.201900943)。

上述研究成果對于新型碳材料的開發制備及其催化、儲能應用具有重要的指導意義。該研究得到國家自然科學基金項目、中科院前沿重點項目、山東省自然科學基金的支持。