中國粉體網5月9日訊 中國科學院化學研究所的劉云圻教授所在的研究團隊，通過借鑒電弧法制備可控碳納米管與化學氣相沉積法制備可控石墨烯的成功經驗，利用催化電弧法實現了克量級石墨烯的生長，這一研究成果近日發表在期刊Small上。
“這項工作一共持續了將近3年的時間，在此期間，我們嘗試了很多的碳源及催化劑，努力尋找到最合適的生長條件，并對生長機理進行了詳細的研究，然后結合機理對各個條件都進行了進一步的優化，最后對工作進行了細致的分析總結。在該研究的初期階段，由于石墨烯和碳納米管生長機理上的差異，實驗結果確實出乎了我們最初的預料，因為石墨烯生長的過程中有兩種生長機理在同時進行。不過通過查閱文獻及大家的討論，我們很快對實驗計劃了進行了調整，并最終使得這樣的生長特點成為了我們研究的亮點之一”，劉教授在接受采訪時闡述道。
電弧法制備石墨烯的生長機理是一個較難解決的問題。因為電弧法制備的過程中反應溫度極高，且研究人員無法利用原位觀察。此外該反應過程在極短的時間內完成，所以也無法對各反應階段進行表征分析。鑒于此，劉教授通過改變不同的條件，并結合不同條件下得到的不同結果進行歸納分析，提出了較為理想的反應機理，在隨后的實驗中也驗證了該機理的合理性。
該研究工作的另一項難點是如何實現層數可控的石墨烯制備。劉教授指出：“通過改變條件將石墨烯的層數控制地越來越少，但依然未能實現大量單層石墨烯的可控制備。進一步，我們希望尋找到更合適的催化劑來實現這一目標”。
除了上述劉教授提到的層數可控制備外，他還計劃將該項工作與化學氣相沉積法相結合，結合電弧的大批量與化學氣相沉積法的可控制備上的優勢，發展一種“電弧—化學氣相沉積法”來實現石墨烯的大批量可控制備。此外，將制備得到的石墨烯進行廣泛的應用也將是他隨后的重點研究方向。
“這項工作一共持續了將近3年的時間，在此期間，我們嘗試了很多的碳源及催化劑，努力尋找到最合適的生長條件，并對生長機理進行了詳細的研究，然后結合機理對各個條件都進行了進一步的優化，最后對工作進行了細致的分析總結。在該研究的初期階段，由于石墨烯和碳納米管生長機理上的差異，實驗結果確實出乎了我們最初的預料，因為石墨烯生長的過程中有兩種生長機理在同時進行。不過通過查閱文獻及大家的討論，我們很快對實驗計劃了進行了調整，并最終使得這樣的生長特點成為了我們研究的亮點之一”，劉教授在接受采訪時闡述道。
電弧法制備石墨烯的生長機理是一個較難解決的問題。因為電弧法制備的過程中反應溫度極高，且研究人員無法利用原位觀察。此外該反應過程在極短的時間內完成，所以也無法對各反應階段進行表征分析。鑒于此，劉教授通過改變不同的條件，并結合不同條件下得到的不同結果進行歸納分析，提出了較為理想的反應機理，在隨后的實驗中也驗證了該機理的合理性。
該研究工作的另一項難點是如何實現層數可控的石墨烯制備。劉教授指出：“通過改變條件將石墨烯的層數控制地越來越少，但依然未能實現大量單層石墨烯的可控制備。進一步，我們希望尋找到更合適的催化劑來實現這一目標”。
除了上述劉教授提到的層數可控制備外，他還計劃將該項工作與化學氣相沉積法相結合，結合電弧的大批量與化學氣相沉積法的可控制備上的優勢，發展一種“電弧—化學氣相沉積法”來實現石墨烯的大批量可控制備。此外，將制備得到的石墨烯進行廣泛的應用也將是他隨后的重點研究方向。
