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自2004年石墨烯研究兴起以来,制备方法探索一直是该领域的热点话题,也决定着石墨烯材料的未来.石墨烯制备方面的主要技术挑战包括:层数控制、堆垛方式(A-B或非A-B堆垛)、畴区尺寸、缺陷密度、以及大面积均一性等.本文通过对表面催化生长基元步骤的设计与控制,实现对石墨烯及其杂化材料的结构和层数的有效调控,称之为“CVD生长的过程工程学”.石墨烯属于巨大的共扼分子,离域能非常大。其次,当sp2杂化结构在平面结构的sp2成键网络中生成时,需要克服结构形变能。这些因素导致石墨烯具有非常高的化学反应惰性,不易进行高效的化学修饰。此外,石墨烯的溶解性很差,难以实现真正的均相溶液化学反应。针对上述石墨烯化学的挑战性问题,发展了石墨烯的光化学修饰方法。活性自由基与石墨烯进行共价化学反应,进而实现碳-碳键的修饰、剪裁和能带控制,这称之为石墨烯的光化学能带工程。光的引入一方面可以提高反应效率,同时可以利用图形化掩模实现周期性的修饰和可控的剪裁,对于制备石墨烯器件来说,具有显著的优势。代表性工作有:1)石墨烯的光氮化加成反应:2)石墨烯的光催化氧化与光催化剪纸技术等。