对于锂离子电池（LIBs）、钠离子电池（NIBs）、钾离子电池（KIBs）等不同种类的碱金属离子电池，由于这些离子的直径和性质不同，能够同时用作这些电池负极的材料很少。为了实现多用途的相容性材料，需要预先设计其化学成分和空间构型，使其具有丰富的存储空间和有效的扩散路径。
近日，中科院青岛生物能源与过程研究所黄长水研究员，中科院化学研究所李玉良院士报道了一种由丁二炔单元和SP3杂化的Si原子组成的三维（3D）结构清晰的富炔烃材料，硅-金刚炔（Si-DY）。
文章要点
1）金刚石状骨架结构保证了Si-DY的稳定性，而共轭炔键提供了良好的电荷导电性、大量的活性储存位点和均匀的空穴作为碱金属离子的扩散通道。这些优点使得Si-DY在作为多功能负极方面具有巨大潜力。此外，通过四乙炔基硅烷（TES）在铜（Cu）表面的交叉偶联反应，制备的Si-DY薄膜可以很好地控制并直接用作电极，而不需要进一步的处理。
2）理论计算结果表明，多孔Si-DY特别适合于存储Li、Na和K等离子，其理论容量分别为3674、2810和1945 mAh g−1。实验结果显示，Si-DY作为LIB、NIB、KIB、甚至软包电池的负极表现出优异的电化学性能，包括高的可逆容量（用于LIB、NIB和KIB，在电流密度为50 mA g−1时分别达到2350、812和512 mAh g−1）、优异的倍率性能（在5000 mA g−1时，容量为980 mAh g−1）和超长循环稳定性（5000次循环）。
这些果表明，所设计的Si-DY作为一种多功能的能源应用材料具有巨大的应用潜力。
参考文献
Ze Yang, et al, Porous 3D Silicon-Diamondyne Blooms Excellent Storage and Diffusion Properties for Li, Na, and K Ions, Adv. Energy Mater. 2021
DOI: 10.1002/aenm.202101197
https://doi.org/10.1002/aenm.202101197
