德國研究人員定義由石墨製造石墨烯的機制

來自德國柏林自由大學等學術機構的研究人員對石墨濕法合成石墨烯作出了重大貢獻，並確定了其基於的機理。他們成功地解決了如何從石墨晶體中分離單層石墨烯的基本問題。

文章來源：智識諮詢

來自柏林自由大學、弗里德里希·亞歷山大大學（FAU)、埃爾蘭根-紐倫堡大學和烏爾姆大學的研究人員對石墨濕法合成石墨烯作出了重大貢獻，並確定了其基於的機理。他們成功地解決了如何從石墨晶體中分離單層石墨烯的基本問題。柏林自由大學的Siegfried Eigler教授領導的研究小組能夠使用化學官能化成功地穩定來自石墨中的單個碳層。通過使用計算機模擬，由FAU的Bernd Meyer教授領導的小組能夠證明這一機制。

Ute Kaiser博士和她在烏爾姆大學的團隊成功地使用濕法化學方法製造的石墨烯結構在電子束顯微鏡的幫助下在原子水平上可見。結果發表在Nature Communications雜誌上。了解石墨烯的化學功能化及其合成是今後提供高質量石墨烯的關鍵。目前，正在努力開發基於石墨烯而不是硅的創新電子產品(DOI：10.1038/s 41467-018-#number0#-1)。

石墨由石墨烯層組成，石墨烯又由碳構成。石墨烯中的碳原子排列成蜂窩狀，形成具有非凡電子特性的二維材料。2010年石墨烯物理實驗榮獲諾貝爾物理學獎。

然而，在開發基於石墨烯的電子產品時所面臨的挑戰是獲得足夠數量的石墨烯，因為幾乎不可能在不損害石墨的前提下將石墨烯與石墨分離。眾所周知，石墨中石墨烯層間的間距可以增加，但要在不破壞石墨烯層的前提下，大量分離石墨烯層，並在溶劑中穩定各層石墨層，仍然是很困難的。如果不穩定，石墨烯的各個層會合併成石墨或未定義的碳顆粒。石墨烯的優異性能將因此而喪失。

研究人員能夠證明，層序明確的高度結晶石墨特別適合被轉移到插層化合物中，在這種化合物中分子和離子儲存在碳層之間。如果石墨烯的層部分是電子氧化的，換句話說，是帶正電荷的，這是特別成功的。分子動力學模擬結果表明，石墨中石墨烯層的有序性和電子氧化大大減少了分子間的摩擦。相反，這意味著層狀材料中分子的高度摩擦可以限制它們的運動，防止石墨被激活。活化使水分子在下一步與活化的石墨發生反應。乙醇基團附著在石墨烯的表面，使之能夠分離出單獨的石墨烯層，並在水中穩定它們。然後，可以將這種分離的極性石墨烯轉移到表面，並將其還原為不帶電的石墨烯。因此，Ute Kaiser教授和她的烏爾姆大學材料科學電子顯微鏡小組能夠在原子水平上獲得高質量石墨烯結構的圖像。

這項研究由德國研究基金會在合作研究中心「合成碳同質體」(CRC 953)和個別項目EI 938/3-1的範圍內提供資金。該研究小組還得到了研究生院分子科學(GSMS)、化學工業基金會和歐盟石墨旗艦項目的資助。

參考來源：FAU , NATURE

文獻信息：S. Seiler，CE Halbig，F. Grote，P. Rietsch，F.B?rrnert，U. Kaiser，B. Meyer，S. Eigler：Effect of friction on oxidative graphite intercalation and high-quality graphene formation，Nature Communications 9,836 （2018）

來源：智識諮詢

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