随着化石能源日渐消耗，开发新型的可持续和清洁的能源转化和储存技术越来越受到人们的重视。太阳能，风能等虽然可以将光能/风能等转化为电能，但是无法将能量稳定高效地储存在化学介质中。以基于碳族元素的材料为负极的锂离子电池因其具有高能量转换效率和稳定的储能性质，被人们广泛关注。但是，现有的商用负极材料石墨的理论比容量只有372 mAh g-1，限制了锂离子电池实现更高的比容量。这是由于，在石墨中平均每6个碳原子最多只能与1个锂离子结合。因此，开发新型的具有高理论比容量的锂离子电池负极材料非常有必要。

相关研究领域为了提高负极材料的比容量做了诸多尝试。一方面，人们研究了包括硅、锗、锡在内的新型碳族负极材料，然而它们在循环过程的体积变化非常大，这严重影响了电池的循环性能。因此，如何寻找一种同时具有高容量又保持较小的体积变化的负极材料，是目前锂离子电池领域的关键问题。另一方面，以经过掺杂的无定形碳以及石墨烯为代表的改良碳基材料，也可以提高碳材料的比容量，但它们往往只有较低的首圈库伦效率，因此很难实现产业化。这是由于它们的储锂机理主要都是转化机理，而不是类似石墨相的脱嵌机理。脱嵌型的电极材料，具有独特的优势，在于它的首圈库仑效率较高，过电位较低，能量转换效率较高，这类材料往往具有层状的结构，或者具有内部二维或三维的孔道可供锂离子嵌入。但是对于这种高容量的脱嵌型碳材料，相关的研究还比较少。

【成果介绍】

通过第一原理预测材料的物理化学性质的方法在近年来取得了令人瞩目的进展。T-Carbon是一种2011年被理论预测可能存在的新型的多孔全碳结构，该发现随后引起了学者的广泛兴趣。2017年，人们成功地合成出了T-Carbon并对其进行了表征，这证明了理论计算预测的物相是确实存在的。T-Carbon是一类新型的多孔碳材料，它的具有类似金刚石的结构，其中每个点均被替换成由4个碳原子组成的四面体。该结构内部具有非常大的空腔和相互贯穿的三维孔道。多空腔的结构非常适合锂离子的储存，三维的孔道也为锂离子的快速迁移提供了通道，然而与之相关的应用还很少被报道。