伴随着可再生的风、光等非化石能源的发展，能源和环境方面的种种压力和问题将不断得到改善。然而像光能、风能等能源具有不稳定、不连续、不可控等缺点，而这些往往会造成巨大的能量损失。仅在2016年，我国由于不可控而造成的弃风、弃光电量就达到了500亿千瓦时，而这一数据已经超过了某些国家一年的用电量。要解决这一问题，就需要储能器件和技术的进一步发展，而大规模储能的瓶颈之一就是能源存储和转换材料的发展。
碳材料，特别是二维碳材料，如石墨炔、石墨烯，具有高度共轭的碳骨架，均匀分布的孔隙和二维层状平面特性，拥有巨大的应用前景。其中由苯环和炔键链接构成的石墨炔类碳材料，具有更大的孔道构造和大量的sp杂化碳原子，能够提供丰富的离子通道和催化活性位点。青岛能源所碳基材料与能源应用研究组研究发现，石墨炔碳材料可以通过前驱体控制、化学键合、热处理等方式引入特定的异原子，增加更多的活性位点或者催化中心，进而制备出电化学性能更好的储能材料、电催化材料，在电化学储能、燃料电池电催化等领域具有重要的应用前景，相关文章一经发表就被多个国际知名期刊选为封面文章。
研究组基于石墨炔类碳材料的可控制备和应用，在可充电电池、太阳能电池、催化剂和电子材料等领域均取得了一系列重要的研究进展。石墨炔中富含大量的乙炔链，而这些乙炔链中的sp杂化碳一方面可以作为反应的活性位点，同时也可以作为异原子的附着点位，研究人员充分利用石墨炔的这一特点，通过对石墨炔类碳材料进行异原子掺杂（如铁、氮、硫等）制备得到了石墨炔异原子掺杂材料；进一步的应用研究表明，所制备的掺杂石墨炔类碳材料在锂离子电池、锂离子电容器、钠离子电容器以及电催化等器件应用中均表现出优异的电化学性能。相关成果已经分别作为期刊封面发表在国际知名期刊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)。上述研究成果对于新型碳材料的开发制备及其催化、储能应用具有重要的指导意义。
本研究得到了国家自然科学基金项目，中国科学院前沿重点项目，山东省自然科学基金的支持。
