中國儲能網(wǎng)訊：近年來，石墨烯作為一種新型的碳材料，因其許多獨特優(yōu)異的性質引起了人們的廣泛關注和極大興趣。石墨烯的可控制備是開展石墨烯基礎研究和應用開發(fā)的前提，是目前亟待解決的重大科學問題之一。在眾多石墨烯的制備方法中，化學氣相沉積法（CVD）因兼有高質量和宏量制備的優(yōu)點已成為石墨烯生長的最重要方法之一。
最近，中國科學院化學研究所有機固體重點實驗室與北京大學、北京師范大學和清華大學的相關科研人員利用CVD方法在高質量石墨烯的可控制備方面取得重要系列進展，有關研究結果發(fā)表在Adv. Mater.及Adv. Funct. Mater.上。
級次結構石墨烯的疊層生長：采用CVD方法，以液態(tài)銅為催化劑，以甲烷為碳源，通過調控Ar和H2流速的比例，獲得了一系列具有三維結構的石墨烯復合體(圖1左)。該復合體具有高度六重對稱性，并且具有明顯的級次層疊結構。該工作首次將石墨烯的三維生長和形貌調控與非平衡體系下動力學調控有機結合，原理上可推廣到其他二維原子晶體材料。另外，該級次結構的石墨烯復合體具有各向異性的電學性能。相關研究結果發(fā)表在《先進材料》上(Adv. Mater. 2014, 26, 3218.), 并被選為內(nèi)封底（圖1右）。
單晶石墨烯陣列的制備：采用CVD方法，通過調節(jié)CH4和H2流速的比例實現(xiàn)了大面積六角單晶石墨烯陣列的可控制備（圖2左），優(yōu)化生長條件可有效調控單晶石墨烯陣列的密度和尺寸，該種行為與高溫下液態(tài)銅催化劑的表面流動性密切相關。此外，基于單晶石墨烯的場效應器晶體管件顯示了良好的電學性能，為石墨烯的大規(guī)模應用奠定了基礎。大面積自組裝排列的單晶石墨烯陣列將促進大規(guī)模、高質量石墨烯制備領域的發(fā)展，并有望在石墨烯未來的器件應用中發(fā)揮重要的作用。該研究結果發(fā)表在《先進功能材料》上(Adv. Funct. Mater.2014, 24, 1664.),并被選為封面文章（圖2右）。
單晶十二角石墨烯的可控生長：采用CVD方法，首次實現(xiàn)了十二角石墨烯的可控生長（圖3左）。系統(tǒng)的表征手段證實了該類石墨烯的單層單晶特征。對于十二角石墨烯在液態(tài)銅上的生長機制，基于實驗結果提出了邊界擴散控制的生長模型。細致的分析表明，十二角石墨烯的邊界類型呈現(xiàn)鋸齒型和扶手椅型交替排列，這種特殊的邊界結構有利于進一步研究石墨烯的自旋等特性。作為一種新型的單晶石墨烯形貌，十二角石墨烯的出現(xiàn)為石墨烯形貌大家族增添了新的一員，同時也為深入研究石墨烯的生長機制提供了良好的對象和基礎，其特殊的邊界結構類型也有利于研究石墨烯電學和磁學性能。該研究結果發(fā)表在《先進材料》上(Adv. Mater. 2014, 26, 6423), 并被選為內(nèi)封底（圖3右）。
圖1 級次結構石墨烯的疊層生長（左）和《先進材料》內(nèi)封底（右）
圖2 大面積自組裝的單晶石墨烯陣列（左）和《先進功能材料》封面（右）
圖3 單晶十二角石墨烯（左）及《先進材料》內(nèi)封底（右）
