室温下Ru0001上外延石墨烯的低势垒硼替换掺杂

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cvd石墨烯的制备与转移 -回复

cvd石墨烯的制备与转移-回复如何制备和转移cvd石墨烯。

第一步：制备cvd石墨烯的原料要制备cvd石墨烯，首先需要准备一些原料和设备。

以下是制备cvd石墨烯所需的材料和设备：1. 金属基底：常用的金属基底有铜、镍和钯等。

金属基底需要具有良好的热传导性和机械稳定性。

在制备cvd石墨烯时，金属基底扮演着催化剂的角色，帮助在基底上生长石墨烯晶格。

2. 石墨烯前体材料：常用的石墨烯前体材料有甲烷和乙烯等。

这些化学物质经过热解后可以产生碳原子并沉积在金属基底上，形成石墨烯晶格。

3. 反应室：反应室是用于进行化学气相沉积（chemical vapor deposition, CVD）的设备。

反应室内需要保持高温和低压条件，并通过控制气体流量来调节石墨烯的生长速率和质量。

第二步：cvd石墨烯的制备过程一般来说，将金属基底放置在反应室中，加热到适当的温度（通常是1000-1200摄氏度）。

然后，在反应室中引入石墨烯前体材料和载气（一般为氩气或氢气），并保持适当的压力和流量。

石墨烯前体材料会在金属基底表面热解，产生碳原子，并随后沉积在金属基底上，形成石墨烯晶格。

这个过程中的关键是控制反应室内的温度、压力和气体流量。

适当的参数设置可以保障石墨烯的生长质量和速率。

此外，选择合适的石墨烯前体材料和金属基底也会影响石墨烯的质量。

第三步：转移cvd石墨烯cvd石墨烯通常是在金属基底上生长的，但通常并不需要将石墨烯保留在金属上。

因此，转移石墨烯是制备好的石墨烯材料的下一步。

以下是一种常用的方法用于cvd石墨烯的转移：1. 清洗金属基底：在将石墨烯转移到其他基底之前，需要先清洗金属基底。

可以使用溶剂（如乙醇）清洗去除表面的杂质。

2. 转移膜技术：转移膜技术是一种常用的方法，用于将石墨烯从金属基底上转移到其他基底上。

这种技术通常涉及到以下几个步骤：a. 将粘性材料施加在石墨烯和基底之间，形成一层粘合剂。

b. 轻轻将另一个基底压在粘合剂上，使其黏附在石墨烯上。

单晶碳化硅衬底上的半导体外延石墨烯

单晶碳化硅衬底上的半导体外延石墨烯下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。

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描述单晶碳化硅的物理特性和应用领域。

石墨烯场效应晶体管设计加工及特性研究

第一章绪论1.1课题研究背景及意义英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫在2004年发现了二维材料石墨烯，他们因为发现二维材料石墨烯的存在，在2010年收获了诺贝尔物理学奖，这一奖项说明了他们的发现预示了一个新的时代的来临。

自从石墨烯发现以来，关于石墨烯材料的科学研究不断取得重要进展，其在微电子、量子物理、材料、化学等领域都表现出许多非凡的性能和潜在的广阔应用前景[1]，石墨烯二维材料一经发现就在全世界激起了巨大的波澜[2]。

石墨烯是平面形式的碳，它在非凡的量子物理世界具有独特的性质[3]。

作为二维碳材料，石墨烯具有许多有其他材料无法比拟的优点，石墨烯的厚度为一个碳原子那么厚，即0.335nm，所以石墨烯的比表面积超级大，理想的单层石墨烯的比表面积可以达到2630m2/g，石墨烯中在狄拉克点附近的狄拉克电子呈现线性能量-动量色散关系，这使得石墨烯薄膜材料对在紫外-可见-红外区域的超宽带光谱范围里所有频率的光子都具有共振的光学响应，单层石墨烯薄膜材料的线性光学吸收关系不依赖于光频率，石墨烯薄膜材料对任何波长的低强度光波都具有π·α≈2.3%的吸收率（α为精细结构常数）而且其总吸收率与石墨烯层数成正比，这就使得只有一个碳原子厚度的单层石墨烯是可以通过眼睛观测到的；稳定的晶格结构使石墨烯具有非常优秀的导热性[4]。

石墨烯作为一种电的优良导体，表现出与铜材料一样的导电性，而作为一种热导体，它比其他的已知的热导体材料更为杰出。

石墨烯具有非常独特的晶体结构和优异的光学性能和热学性能，然而完美二维晶体结构的石墨烯薄膜材料所拥有的不仅仅是独特的光学吸收率2.3%，表面可以弯曲但却强度却比钻石还要高的，和导热系数高达5300 W/m•K，其独特的电子学性质也正吸引着许多研究者的目光[5]。

在石墨烯薄膜材料中，碳原子之间的相互作用力非常强。

电子在石墨烯上的自由迁移，传统的导体铜的电子迁移特性远远没有石墨烯的好。

石墨烯表面等离激元的激发与调控

纳米尺度光操控
通过石墨烯表面等离激元的激发，可以实现纳米尺度上的光操控，为纳米光子器件的设计和优化提供新的手段。
增强光-物质相互作用
石墨烯表面等离激元的高强度电磁场可以增强光与物质之间的相互作用，为纳米光子器件的性能提升提供新的途径。
生物传感和成像
高灵敏度生物传感
石墨烯表面等离激元可以用于构建高灵敏度的生物传感器，用于检测生物分子和细胞活性。
石墨烯的物理性质
石墨烯具有高电子迁移率、高热导率、高强度等优良物理性质。
石墨烯的制备方法
石墨烯可以通过机械剥离法、化学气相沉积法、还原氧化石墨烯等方法制备。
表面等离激元简介
表面等离激元的定义
表面等离激元是一种电磁波，在特定条件下，在金属表面与电磁波相互作用，产生局域场增强效应。
表面等离激元的激发条件
化学掺杂
总结词
化学掺杂是一种通过改变石墨烯化学成分来调控其表面等离激元的方法。
详细描述
化学掺杂可以改变石墨烯的电子结构和光学性质，从而影响其表面等离激元的激发和传播。常见的化学掺杂剂包括氮、硼、磷等元素。
电学调控
总结词
电学调控是一种通过外加电场来控制石墨烯表面等离激元的方法。
详细描述
通过外加电场，可以改变石墨烯的能带结构和载流子分布，从而影响其表面等离激元的激发和传播。这种调控方法具有快速、高效、连续可调等优点。
06
参考文献
参考文献
参考文献1 标题：石墨烯表面等离激元的激发与调控研究作者：张三，李四，王五
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离子束激发
利用离子束照射石墨烯，在表面产生电荷分布，进而激发等离激元。
理论激发方法

石墨烯纳米带热导率的分子动力学模拟

1 分子动力学模型
根据带边结构的不同, 石墨烯纳米带一般可分为锯齿形石墨烯纳米带 ( ZGNRs)和扶手椅形石墨
烯纳米带 (AGNRs). 为了简化, 根据文献 [ 14]来定
义变量 N, 对于锯齿形纳米带 ZGNR s, N 为锯齿线
( z ig2zag lines)的数目; 而对于扶手椅形 AGNR s, N
变. 当整个模拟体系达到平衡后, 通过增加热域的
能量, 同时减少冷域的能量, 使体系在热域和冷域
之间形成稳定的温度梯度. 热导率可以通过 Fourier
定律获得, 即
J
=Hale Waihona Puke q 2S T( 3)
式中, q 为单位时间的热流; S 为截面积; T 为温
度梯度. 为了在模拟区域得到较好的温度梯度, 模
拟体系平衡后需要对热域和冷域的能量进行调整 [ 15] . 由能量均分定理, 可以得到垂直于纳米带方
自然科学基金资助项目 ( BK2006510). 引文格式: 魏志勇, 毕可东, 陈云飞. 石墨烯纳米带热导率的分子动力学模拟 [ J]. 东南大学学报: 自然科学版, 2010, 40 ( 2): 306- 310. [ do :i
10. 3969 / .j issn. 1001 - 0505. 2010. 02. 017]
微电子技术的快速发展使电子器件的特征尺寸已经缩小到了纳米量级. 在纳米尺度, 器件能否
良好地运行在很大程度上取决于其产生的高密度额外能量转移效率的高低. 随着硅基半导体技术逐
收稿日期: 2009209209. 作者简介: 魏志勇 ( 1984) ), 男, 博士生; 陈云飞 (联系人 ), 男, 博士, 教授, 博士生导师, yunfeichen@ seu. edu. cn. 基金项目: 国家重点基础研究发展计划 ( 973计划 )资助项目 ( 2006C B300404)、国家自然科学基金资助项目 ( 508765047, 50676019 )、江苏省

掺杂对石墨烯输运性质、费米能级的影响

掺杂对石墨烯输运性质、费米能级的影响项目组成员:指导老师：专业年级：所在学院：摘要：基于第一性原理的计算，研究了石墨烯纳米带单胞在有自旋和无自旋情况下的电学性质；以及在无自旋情况下，双极系统在N型掺杂情况下电子输运性质。

研究表明，在无自旋时，石墨烯呈现出很好的导电性。

对于双极系统，掺入杂质能增强体系的输运性质。

并且在杂质浓度一定的情况下，通过改变电压同样也能改变体系的输运性质。

关键词：石墨烯纳米带；掺杂；费米能级；透射率；输运谱一.研究简介2010年英国的Andre Greim和KostyaNovoselov因为于2004年成功制备出石墨烯而获得10年诺贝尔奖。

石墨烯瞬间声名大噪，石墨烯就是单层的碳原子单质石墨烯，目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光，导热系数高达5300 W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15000 cm²/V·s，又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约10-6 Ω·cm，比铜或银更低，为目前世上电阻率最小的材料。

因为它的电阻率极低，电子迁移的速度极快，因此被期待可用来发展出更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。

由于石墨烯实质上是一种透明、良好的导体，也适合用来制造透明触控屏幕、光板、甚至是太阳能电池。

正是因为石墨烯的种种性质使得我们对石墨烯的研究变得极为有意义。

当然由于实验器材的昂贵性，很多研究只有在计算机上通过VNL这个软件进行，结合我们的所学实际情况。

我们分别比较了石墨烯在掺杂、本征情况下的透射谱、费米能级，为什么只进行掺杂呢？因为我们觉得像半导体掺杂能极大地改变半导体的电学性质一样，石墨烯的电学性质是否也与掺杂情况有关联？于是我们开始了我们的探索工作。

二.探究过程和实施办法既然我们要探索石墨烯在不同情况下的电学性质，那么我们怎么探索呢？是不是用石墨烯做成一个电阻然后在两端加电压测电流方式呢？在宋老师的指导下，她首先给我们介绍了一个双极系统的概念。

石墨烯及其材料综述

关于石墨烯和石墨烯复合材料的综述石墨烯是目前发现的唯一存在的二维自由态原子晶体, 它是构筑零维富勒烯、一维碳纳米管、三维体相石墨等sp2杂化碳的基本结构单元, 具有很多奇异的电子及机械性能。

自从2004 年发现以来，研究者对这种材料在未来技术革命方面提出了大量的建设性创意，石墨烯被认为是未来能够取代硅的一种新型电子材料。

石墨烯是只有一个原子厚的结晶体，具有超薄、超坚固和超强导电性等特性，其优异的电学、热学和力学性能，在纳米电子器件、储能材料、光电材料等方面的潜在应用价值引起了科学界新一轮的“碳”热潮。

它不仅是已知材料中最薄的一种，还非常牢固坚硬，仅仅是一个原子的厚度，并形成了高质量的晶体格栅，石墨烯的结构，是由碳原子六角结构紧密排列构成的二维单层石墨，是构造其他维度碳质材料的基本单元。

它可以包裹形成0 维富勒烯，也可以卷起来形成一维的碳纳米管，同样，它也可以层层堆叠构成三维的石墨。

石墨烯结构非常稳定，迄今为止，研究者仍未发现石墨烯中有碳原子缺失的情况。

石墨烯中各碳原子之间的连接非常柔韧，当施加外部机械力时，碳原子面就弯曲变形，从而使碳原子不必重新排列来适应外力，也就保持了结构稳定。

这种稳定的晶格结构使碳原子具有优秀的导电性。

石墨烯中的电子在轨道中移动时，不会因晶格缺陷或引入外来原子而发生散射。

由于原子间作用力十分强，在常温下，即使周围碳原子发生挤撞，石墨烯中电子受到的干扰也非常小。

大量制备尺寸、厚度可控的石墨烯材料对石墨烯基材料的应用具有重要的意义。

制备石墨烯可以归结为两个基本的思路：一是以石墨为原料，通过削弱以及破坏石墨层间的范德华力来剥开石墨层从而得到石墨烯：二是基于活性碳原子的定向组装，“限制”碳原子沿平面方向生长。

基于上述思想，化学剥离法、SiC 表面石墨化法和金属表面外延法等一些新的方法相继被报道。

本人通过大量的归纳总结，共总结出以下七种方法。

机械剥离法就是利用机械力，将石墨烯片从具有高度定向热解石墨(Highly Oriented Pyrolytic Graphite, HOPG）表面剥离开来。

Re(0001)上强界面相互作用诱导的石墨烯-碳化物新奇的转变行为

Re(0001)上强界面相互作用诱导的石墨烯-碳化物新奇的转变
行为
吴凯
【期刊名称】《物理化学学报》
【年(卷),期】2018(034)012
【摘要】利用化学气相沉积(CVD)法制备石墨烯的过程中,在元素周期表中不同过
渡金属基底上,石墨烯的生长可能伴随着复杂的金属碳化物的形成。

对于IB-IIB族
过渡金属,在石墨烯生长条件下,不会形成碳化物1–3;然而,相同生长条件下,VIII族过渡金属会形成亚稳态的碳化物,但其在高温退火过程中并不稳定,会逐渐转变为石墨烯,从而出现从金属碳化物到石墨烯的转变过程4–6;对于IVB-VIB族过渡金属,CVD 生长所形成的碳化物十分稳定,它形成于石墨烯生长的初始阶段,并且稳定存在于整个生长过程之中7。

【总页数】2页(P1304-1305)
【作者】吴凯
【作者单位】北京大学化学与分子工程学院,北京100871
【正文语种】中文
【相关文献】
1.二次碳化物的析出和转变对15Cr-1Mo-1.5V高铬铸铁硬化行为的影响 [J], 王均;左汝林;孙志平;李聪;刘浩怀;杨宏山;沈保罗;高升吉;黄四九
2.强界面相互作用h-BN/Re(0001)体系上不可修复的畴区拼接缺陷及其电子态 [J],
吴凯
3.高分子在胶体氧化物磁粉上的吸附行为界面相互作用与分散特性 [J], 徐晓蜀
4.强碳化物形成元素与碳的配比关系和稳定化处理对310S奥氏体不锈钢析出相行为的影响 [J], 温冬辉; 吕阳; 李震; 王清; 唐睿; 董闯
5.W3Mo4Cr5V6高速钢中碳化物的高温转变行为 [J], 赵峥嵘;曹玉龙;万响亮;李光强
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专注低维材料_奏响科研新歌——中国科学院半导体研究所半导体超晶格国家重点实验室研究员吴江滨

65专注低维材料奏响科研新歌——中国科学院半导体研究所半导体超晶格国家重点实验室研究员吴江滨　唐慧乔陈旭自人类诞生以来，如何凭借有限的空间和能源延续自身文明并实现可持续发展，一直是人类命运共同体所面临的首要挑战，以解放和发展生产力为目的的技术革新无疑为破解这一难题提供了强劲的动力。

特别是人类进入工业时代以来，以蒸汽机为代表的第一次工业革命、以电力为代表的第二次工业革命和以信息技术为代表的第三次工业革命，都将重点投射于对物质更深层次、更精妙的理解上，而几乎与第三次工业革命同时兴起的半导体相关研究，也依照这样的规律，以“更小、更快、更节能”的方式进行迭代，不断地为人类带来新的可能和机遇。

时至今日，半导体技术的应用已经渗透到各个领域。

与此同时，随着器件小型化的不断发展和集成度的不断提高，传统的硅基半导体器件已经逼近极限尺寸，一系列由于器件工作原理和工艺技术本身的物理限制而产生的难题，将成为相关研究及行业发展难以突破的上限。

就在此时，随着实验制备工艺和合成技术的发展，面向更低维度、更小尺度特质的低维材料应运而生，并以其独特结构和优异性质，使人类借助它研发更高效器件和更新功能成为可能。

有关低维半导体材料的研究吸引了越来越多相关科研工作者的关注，而中国科学院半导体研究所半导体超晶格国家重点实验室研究员吴江滨就是其中之一。

点亮专注科研的星火2008年，出身于福建农村、抱着“走出家乡看一看”想法的吴江滨，头一次听说了华中科技大学的名字。

彼时的他，对这所远方的学校知之甚少，对自己即将进入的光学与电子信息学院几乎是“一无所知”。

“这个专业到底是学什么的？又能做什么？”怀揣这样的问题，吴江滨甫一入校，就展现出旺盛的求知欲，与老师同学交流心得、启发灵感更成了他经常做的事。

这份勤勉与执着，抚平了他曾经因“无知”而产生的迷茫情绪，也让他在大一下学期时即获得了进入江建军教授和缪灵教授所主持的计算材料与测试模拟中心（CCMS）实验室参与科研工作的机会。

石墨烯的化学方法合成及其表征

第6卷第3期2011年3月187石墨烯的化学方法合成及其表征王新伟1,2，杨艳1，田宏伟1，郑伟涛1（1.吉林大学材料科学与工程学院，汽车材料教育部重点实验室，长春 130012；2.长春理工大学材料科学与工程学院，长春 130022）摘要：修正的Hummers法合成的氧化石墨，通过超声波振荡剥层，再利用水合肼还原即可获得单层及较少层数的石墨烯。

采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)以及红外光谱(FT-IR)、拉曼光谱(RS)、X-射线衍射(XRD)等测试方法对氧化石墨烯和石墨烯的形貌、结构进行了对比分析。

实验结果表明，该方法合成出了形貌上具有少量褶皱的单层和较少层数的石墨烯。

但与天然石墨相比，该方法合成的石墨烯结晶强度相对降低并且拉曼光谱显示，其G带与D带的强度比大于氧化石墨烯的强度比，即石墨烯中sp2杂化碳层平面的平均尺寸大于氧化石墨烯的平均尺寸，表明该方法不能完全将氧化石墨烯还原为结晶完美的石墨烯。

关键词：石墨烯；氧化石墨烯；超声剥层；结构中图分类号：TQ127文献标志码：A 文章编号：1673－7180(2011)03－0187－4Synthesis and characterization of graphene with chemical methodWang Xinwei1,2, Yang Yan1, Tian Hongwei1, Zheng Weitao1(1. Key Laboratory of Automobile Materials, Ministry of Education, School of Materials Science andEngineering, Jilin University, Changchun 130012, China; 2. School of Materials Science and Engineering, Changchun University of Science and Technology, Changchun 130022, China)Abstract: Graphite oxide(GO) has been synthesized by a modified Hummers method treated with ultrasound, and single or less layers of graphene(GNS) was obtained through a reduction using hydrazine hydrate. Graphene have been investigated by SEM, TEM, FT-IR, RS, XRD, etc. Experimental results showed that the single and less layers of graphene with few drape was obtained. Compared with natural graphite(G), graphene crystallization intensity is lower. Raman spectra showed that the ratio of graphene G and D band intensities is higher than graphite oxide, namely the average size of sp2 heterozygous carbon layer in graphene is larger than Graphite oxide. It demonstrated that this method cannot completely restore Graphite oxide to perfect crystallization graphene.Key words: graphene；graphite oxide；ultrasonic peeling；structure石墨烯是由单层sp2碳原子组成的六方蜂巢状二维结构，它是一种碳质新材料。

第一性原理研究硼掺杂氧化石墨烯对过氧化锂氧化反应的催化机理

第一性原理研究硼掺杂氧化石墨烯对过氧化锂氧化反应的催化
机理
雷雪玲;朱巨湧;柯强;欧阳楚英
【期刊名称】《物理学报》
【年(卷),期】2024(73)9
【摘要】锂-氧电池由于高能量密度在后锂离子电池中脱颖而出,而放电产物过氧化锂缓慢的氧化反应降低了电池的循环性能.因此,提高过氧化锂氧化反应动能、降低充电过电位对于实现高能量密度的可逆锂-氧电池具有重要意义.本文通过第一性原理计算,对比研究了氧化石墨烯(GO)和硼掺杂氧化石墨烯(BGO)对过氧化锂小团簇(Li_(2)O_(2))_(2)氧化反应的催化机理.结果表明,从(Li_(2)O_(2))_(2)团簇转移到GO和BGO上的电荷分别为0.59 e和0.96 e,B掺杂提高了电荷转移.4电子反应过程表明,(Li_(2)O_(2))_(2)团簇倾向于Li-O_(2)-Li分解路径,在GO和BGO上反应的速率决定步均是第三步去锂.在平衡电位下,GO和BGO的充电过电位分别是0.76 V和0.23 V,B掺杂大大降低了锂-氧电池充电过电位.机理分析表明B与O对(Li_(2)O_(2))_(2)团簇起到了协同催化的作用.
【总页数】8页(P336-343)
【作者】雷雪玲;朱巨湧;柯强;欧阳楚英
【作者单位】江西师范大学物理与通信电子学院
【正文语种】中文
【中图分类】TM9
【相关文献】
1.不同浓度硼掺杂石墨烯吸附多层金原子的第一性原理研究
2.硼氮掺杂对锯齿形石墨烯纳米带影响的第一性原理研究
3.硼掺杂双层石墨烯吸附钠的第一性原理研究
4.氮、硼掺杂石墨烯活性位点及其在氧化反应中作用的研究进展
5.无电沉积法制备硼掺杂石墨烯负载钯纳米颗粒催化剂及对过氧化氢的电化学检测
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一种Ag掺杂的石墨烯锂金属负极三维集流体

一种Ag掺杂的石墨烯锂金属负极三维集流体
肖菊兰;陈涛;李凤娇;刘洪利;彭彦森
【期刊名称】《电源技术》
【年(卷),期】2024(48)2
【摘要】锂金属负极在循环过程中会产生锂枝晶生长问题,导致电池循环寿命和库仑效率降低,甚至引起安全问题。

锂枝晶生长的主要原因是锂金属负极中锂离子的电化学行为不受控引起的。

为了解决这个问题,设计了一种由银(Ag)纳米颗粒、石墨烯和聚偏氟乙烯(PVDF)构成的锂金属负极集流体(GP@Ag)。

利用银良好的亲锂特性及石墨烯对电子和锂离子的良好导电性,大大提高锂金属负极的电化学动力学性能。

将所设计的集流体用于锂金属电池负极并进行电池性能测试,在1.0 C下循环350次,电池容量保持率可提高到93%,证明GP@Ag能有效抑制锂枝晶的生长,从而大大提高锂电池的循环寿命。

【总页数】6页(P253-258)
【作者】肖菊兰;陈涛;李凤娇;刘洪利;彭彦森
【作者单位】成都工业学院电子工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TM912
【相关文献】
1.氮掺杂碳层包覆金属钴颗粒与氮掺杂石墨烯纳米复合材料作为高容量锂离子电池负极材料
2.石墨烯负载的氧配位钴单原子稳定金属锂负极
3.1∶50000地质图地理
底图的成图工艺探讨4.浅述反光膜在公路交通标志中的应用5.离子液体非共价诱导制备碳纳米管/石墨烯集流体用于钠金属负极
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Ru_0001_表面石墨烯的外延生长及其担载纳米金属催化剂的研究

Ru_0001_表⾯⽯墨烯的外延⽣长及其担载纳⽶⾦属催化剂的研究2009年第54卷第13期: 1860 ~ 1865《中国科学》杂志社SCIENCE IN CHINA PRESSRu(0001)表⾯⽯墨烯的外延⽣长及其担载纳⽶⾦属催化剂的研究张辉①②, 傅强①*, 崔义①②, 谭⼤⼒①, 包信和①*①中国科学院⼤连化学物理研究所, 催化基础国家重点实验室, ⼤连 116023; ②中国科学院研究⽣院, 北京 100049* 联系⼈, E-mail: qfu@/doc/006144507.html, xhbao@/doc/006144507.html2009-01-13收稿, 2009-04-16接受国家⾃然科学基⾦(批准号: 20603037, 20733008, 20873143 )、国家重点基础研究发展计划(编号: 2007CB815205)和中国科学院“百⼈计划”资助项⽬摘要采⽤室温下吸附⼄烯结合⾼温退⽕的⽅法在Ru(0001)表⾯上制备了单层⽯墨烯结构. 利⽤扫描隧道显微镜(STM)、X 射线光电⼦能谱(XPS)和紫外光电⼦能谱(UPS)研究了⽯墨烯的⽣长过程以及⽯墨烯的表⾯形貌和结构. 以单层⽯墨烯为模板, 制备了尺⼨和空间分布⽐较均⼀的Pt 纳⽶团簇.关键词⽯墨烯 STM 纳⽶团簇碳是⼈类最早接触到的元素之⼀, 也是⼈类利⽤得最早的元素之⼀, 它具有许多独特的物理化学性质以及众多的同素异形体, 较早发现的有⽯墨和⾦刚⽯, 之后⼜发现了富勒烯和碳纳⽶管. 最近, ⼈们成功制备了另⼀种新的具有理想⼆维结构的碳同素异形体——⽯墨烯(graphene), 它是由碳六元环组成的⼆维原⼦晶体, 可以看作是被剥离的单层⽯墨⽚层[1,2]. 制备⽯墨烯主要有以下3种⽅法: (1) 机械剥离法, 通过机械⼒从新鲜⽯墨晶体的表⾯剥离⽯墨烯⽚层[3], 这种⽅法可以制备出尺度⼤到⼏⼗甚⾄上百微⽶的⽯墨烯, 但其可控性较低. (2) 加热SiC 法, 通过真空加热单晶SiC(0001)表⾯来外延⽣长⽯墨烯[4,5], 该法通常能制备出多层⽯墨烯, 但制备⼤⾯积具有单⼀厚度的⽯墨烯⽐较困难. (3) 在⾦属单晶表⾯上外延⽣长⽯墨烯, 通过加热使体相溶解的碳在表⾯偏析形成⽯墨烯[6,7]或是在⾦属衬底表⾯于⼀定温度下暴露含碳化合物来形成⽯墨烯, 这种⽅法已经成功地在多种⾦属表⾯制备出⽯墨烯, 包括 Ru(0001)[8], Pt(111)[9], Ir(111)[10]; ⽤这种⽅法制备的⽯墨烯多为单层, 且具有较⼤的覆盖度.迄今为⽌, 关于⽯墨烯的研究主要集中在⽯墨烯的可控制备及其物理性质, 对它的化学性质特别是催化特性的研究较少. 众所周知, 碳在多相催化中有着极为重要的应⽤, 被⼴泛⽤做催化剂的载体[11,12], 也可以直接作为许多反应的催化剂[13~15]. 由于⽯墨烯是构建众多碳材料包括⽯墨、碳纳⽶管、碳纳⽶纤维和类富勒烯材料的基本单元[16], ⽯墨烯表⾯的催化特性研究对于理解碳催化的化学反应具有重要意义; 另⼀⽅⾯, ⽯墨烯具有规整的⼆维表⾯结构, 可以作为⼀个理想的模板担载催化剂, 这为研究碳担载催化剂的催化机制提供了⼀个理想的模型体系.本⽂尝试在单晶Ru(0001)表⾯吸附⼄烯⽓体, 然后真空退⽕到1250 K 的⽅法制备单层⽯墨烯结构, 通过调变⼄烯的暴露量来控制⽯墨烯的覆盖度; 初步尝试了以⽯墨烯表⾯作为模板, ⽣长尺⼨可控的Pt 催化剂纳⽶团簇.1 实验本实验是在Omicron 公司的多腔超⾼真空表⾯系统(Omicron 多功能纳⽶探针)中进⾏的. 这套系统主1861论⽂要包括3个超⾼真空腔. 第1个是样品制备腔, 可以⽤来进⾏样品表⾯的刻蚀、氧化等处理, 同时可以采⽤分⼦束外延法沉积⾦属或氧化物纳⽶团簇和薄膜. 制备的样品在第2个能谱腔中进⾏谱学分析, 包括X 射线光电⼦能谱(XPS)、紫外光电⼦能谱(UPS)等. 其中XPS 使⽤Mg K α X 射线源(h ν＝1253.6 eV), 通能设为30 eV. UPS 使⽤He Ⅰ(h ν＝21.2 eV)和He Ⅱ(h ν＝40.8 eV)激发源. 在第3个腔中我们可以采⽤扫描隧道显微镜(STM)对样品表⾯的形貌和结构进⾏表征. STM 使⽤钨(W)针尖, 图像采集在室温下采⽤恒电流模式得到. 在每个腔体中都可以通过微漏阀进⾏⽓体吸附. Ru(0001)单晶采⽤循环 1 keV Ar +离⼦刻蚀和1500 K 真空退⽕的表⾯处理过程, 直到能谱和STM 确认得到⼲净平整的表⾯. 表⾯上残存的碳可以通过在O2(1.6×10?6mbar, 1 bar = 105Pa)⽓氛中加热到800 K 除去. ⾼纯(99.995%)⼄烯通过微漏阀引⼊制备腔, 暴露量以Langmuir 为单位(1 L ＝1.33×10?6 mbar ·s), 通过暴露⽓体的压⼒和暴露时间计算. ⽯墨烯的⽣长过程如下: 室温下在清洁的Ru(0001)单晶表⾯暴露24 L ⼄烯, 采⽤电⼦束加热的⽅式将表⾯在超⾼真空条件下加热到特定的温度. ⾦属Pt 通过真空热蒸镀的⽅法沉积到表⾯, Pt 的覆盖度通过沉积时间来控制.2 结果与讨论已有的研究结果表明, 室温下⼄烯在Ru(0001)表⾯解离吸附, 并⽣成⼄烷基物种[17,18]. 我们以前的研究结果表明, 在室温下吸附24 L ⼄烯后, Ru(0001)表⾯被⼀层吸附物完全覆盖; 升⾼温度后吸附物解离, 并在700 K 左右脱氢形成碳; 退⽕到较⾼温度后这些碳⽯墨化, 并⽣成单层⽯墨烯[19].图1(a)所⽰为Ru(0001)表⾯在室温下暴露⼀次24 L ⼄烯, 然后退⽕到1250 K 后的表⾯形貌. 由图可以看出, Ru 表⾯上覆盖了⼀些具有周期结构的单层岛, 这些⽚状物呈现出六⽅对称的超结构. 图1(c)是这种结构的⾼分辨图像, 图中显⽰此表⾯为原⼦级平整, 并且其结构与典型的⽯墨原⼦分辨图是⼀致的. 这⼀结果证实这些单层岛为⽯墨烯, 其表⾯上的超结构来⾃于⽯墨烯薄层的莫尔条纹(Moiré pat-tern), 它是⽯墨层晶格与Ru(0001)表⾯晶格不匹配的结果. 这种周期结构的单胞是由12×12个C 原⼦与11×11个Ru 原⼦重叠构成, 即⽯墨烯在Ru(0001)表⾯上形成了⼀个C(12×12)-Ru(11×11)的超结构[20,21]. 每个⽯墨烯莫尔条纹的单胞(图1(c)中所⽰的平⾏四边形)包含3种位置: 四边形顶点, top 位; 点线三⾓区域, fcc 位; 点划线三⾓区域, hcp 位. 类似的⽯墨烯超结构在别的⾦属表⾯上也被观察到[22,23]. 对于层内原⼦间相互作⽤较强⽽与衬底表⾯原⼦相互作⽤较弱的薄膜体系来说, 莫尔条纹结构的出现是普遍存在的[24,25].STM 结果还表明, ⼤部分⽯墨烯⽚层分布在Ru(0001)台阶边缘处, 并且这时Ru 表⾯台阶的形状也发⽣了很⼤的变化, 清洁Ru(0001)表⾯由直的台阶变成折线状. 在形成⽯墨烯的过程中Ru(0001)表⾯温度达到1250 K, 在这个温度下表⾯Ru 原⼦具有⼀定的迁移性, 由于Ru 与碳原⼦的强相互作⽤导致Ru(0001)台阶的再构, 从⽽形成折线状台阶. 这种条件下制备的⽯墨烯⽚层都具有单层厚度, ⽯墨烯的覆盖度⼤约为0.25单层.图1 ⽯墨烯/Ru(0001)表⾯结构图(a) Ru(0001)表⾯在室温下暴露24 L ⼄烯后退⽕到1250 K 的STM 图, 200 nm×200 nm; (b) 重复图(a)中⽣长步骤4次后的表⾯STM 图, 200 nm×200 nm; (c) ⽯墨烯结构的⾼分辨STM 图, 12 nm×12 nm, V T ＝?0.02 V, I ＝10 nA, 图中标注出⽯墨烯的莫尔条纹单胞, 点线三⾓区域是单胞中的fcc 位, 点划线三⾓区域是单胞中的hcp 位2009年7⽉第54卷第13期1862为了提⾼⽯墨烯的覆盖度, 我们重复了在室温下暴露24 L ⼄烯然后退⽕到1250 K 的⽣长过程. 经过两次⽣长过程后, Ru(0001)表⾯⽯墨烯⽚层的尺⼨增加, 其整体的覆盖度也提⾼到约0.5单层, 同时并没有观察到双层⽯墨烯或⽯墨烯表⾯积炭的⽣成. 这说明再次暴露⼄烯后⼄烯主要在没有覆盖⽯墨烯的Ru(0001)表⾯发⽣解离吸附, 然后经退⽕形成⽯墨烯, 从⽽使⽯墨烯的覆盖度增加. 另外, 我们还发现⽯墨烯⽚层⾯积增加但密度减⼩, 这是由于在1250 K 条件下碳能够在表⾯上扩散并聚集到原有⽯墨烯⽚层的边缘处, 这增加了⽯墨烯⽚层的⾯积, 并导致有些距离接近的⽯墨烯⽚层连接在⼀起.图1(b)是我们重复4次⽣长过程后的Ru(0001) 表⾯形貌图, 可以看出整个表⾯⼏乎完全被⽯墨烯所覆盖(0.9 单层), 此时Ru 的台阶也变得⽐较规整. XPS 被⽤来研究⽯墨烯的⽣长过程, 图2(a)是具有不同⽯墨烯覆盖度的Ru(0001)表⾯的Ru 3d XPS图2 Ru(0001)表⾯以及覆盖不同量的⽯墨烯后的表⾯Ru 3d XPS 谱图(a)和He ⅡUPS 谱图(b)(a) 插图是Ru 3d 3/2谱图的放⼤; (b) 1, ⼲净的Ru(0001); 2, 暴露⼀次⼄烯及退⽕; 3, 重复此过程2次; 4, 重复此过程3次; 5, 重复此过程4次谱. 由于C 1s 和Ru 3d 3/2峰位置是重叠的, 为了分辨C 1s 峰, 我们将Ru 3d 5/2峰归⼀化, 然后⽐较Ru 3d 3/2峰的形状. C 1s 峰的存在会改变Ru 3d 3/2峰的线形, 使得Ru 3d 3/2峰变得不对称[6], ⽽且随着表⾯碳浓度的增加这种不对称性变强, 因此从Ru 3d 3/2峰形可以看出表⾯碳沉积量的变化. 由Ru 3d 3/2峰的放⼤图可以看出, ⽣长⽯墨烯后的Ru 表⾯上Ru 3d 3/2峰⽐清洁Ru 表⾯的谱峰要宽, 并且随着⽯墨烯覆盖度的增加这种宽化效应逐渐增强, 这表明了Ru(0001)表⾯碳物种的量随着⽣长次数在逐步增加.图2(b)是具有不同⽯墨烯覆盖度的Ru(0001)表⾯的He Ⅱ UPS 谱图. 在清洁的Ru(0001)表⾯的UPS 谱中, 费⽶能级以下0到5.0 eV 处是与Ru 的d 带有关的特征峰. 位于7.5 eV 和10.6 eV 的两个峰是Ru 表⾯从背景真空中吸附的CO 引起的, 这两个峰在吸附⼄烯并退⽕到⾼温后就消失了. 形成⽯墨烯后在7.5和9.5 eV 处出现两个新峰. 这两个峰是⽯墨烯的UPS He Ⅱ的特征峰, 和⽯墨的σ和π电⼦态有关[26]. 随着⼄烯暴露次数的增加, 也就是⽯墨烯覆盖度的增加, 这两个峰的强度也随之增加, 同时 Ru(0001)的d 带特征峰的强度随之下降.从以上的STM, XPS 和UPS 的结果我们可以看出, 在Ru(0001)表⾯暴露⼀次24 L ⼄烯并退⽕后, 表⾯⽯墨烯的覆盖度⽐较彽,⼤约为0.25 单层. 重复这个过程可以使⽯墨烯的覆盖度增加. 这种⽅法只是使单层⽯墨烯的覆盖度增加, ⽽不会⽣成两层或多层的⽯墨烯, 也不⽣成聚集的碳团簇. N’Diaye 等⼈[23]报道在Ir(111)表⾯上⽯墨烯的⽣长也遵循相同的原则. 这种分步⽣长的⽅法可以调控单层⽯墨烯的覆盖度, 这为我们研究⽯墨烯的性质提供了理想的可控模型表⾯.我们知道⽯墨碳或类⽯墨碳材料⼴泛⽤作催化剂的载体, 在这些催化体系中, 碳载体与⾦属之间的相互作⽤对表⾯的催化性能常常起着决定性的作⽤. ⾼定向裂解⽯墨(HOPG)具有规整的表⾯结构, 因⽽作为⼀个理想的模型表⾯被⼴泛⽤来研究碳担载催化体系中的催化⾏为[27]. 但是⼤多数⾦属与HOPG 表⾯相互作⽤⽐较弱, 沉积在其表⾯上的⾦属原⼦很容易扩散并团聚, 因⽽较难控制⾦属的成核和⽣长[28,29]. ⽯墨烯作为单层或数层⽯墨结构, 与体相⽯墨相⽐具有独特的表⾯电⼦性质; 另⼀⽅⾯, 外延⽣1863论⽂长的⽯墨烯表⾯常具有周期性的超结构, 可以作为理想的两维模板来担载纳⽶⾦属团簇. 鉴于⽯墨烯所具有的独特的表⾯电⼦和原⼦结构, 我们以Ru(0001)表⾯上⽣长的单层⽯墨烯作为模板表⾯, 初步尝试了Pt 纳⽶团簇在⽯墨烯表⾯上的可控⽣长.我们在121 K 温度下, 于⽯墨烯/Ru(0001)表⾯上沉积Pt 90 s , 缓慢升温到室温后利⽤STM 研究其表⾯形貌. 如图3(a)和(b)所⽰, Pt 在⽯墨烯表⾯是三维⽣长模式. 但是有趣的是所形成的Pt 纳⽶团簇的尺⼨((3.06 ± 0.08) nm)和空间分布都⽐较均⼀, 可以看到⼤部分Pt 纳⽶团簇落位在⽯墨烯莫尔条纹单胞中⽐较亮的半个单胞中, 即处在图中由亮点构成的倒三⾓位置, ⽽这个位置在⽯墨烯莫尔条纹的单胞中被称为fcc 位(图1(c)、图3(a)和(b)中点线三⾓区域)[20]. 在较⾼的Pt 覆盖度时(图3(c)), 这些Pt 纳⽶团簇的尺⼨显著增⼤并且密度也略有提⾼, 这时由于Pt 纳⽶团簇的尺⼨((4.28 ± 0.07) nm)⼤于⽯墨烯莫尔条纹的半个单胞⼤⼩, 它们的落位变得不再明显, 但是Pt 纳⽶团簇的尺⼨分布仍然⽐较均⼀.和0.24 ?. 这种⼏何结构上的因素使得Ir 在这些位置成核成为可能. 另⼀⽅⾯, 在hcp 和fcc 位置处碳六元环中的3个碳原⼦与衬底Ir 的轨道杂化作⽤, 打乱了⽯墨烯中的π键, 使得这些位置剩余的3个碳原⼦得到活化, 能与沉积的Ir 团簇成键. 在与⾦属团簇成键的过程中⽯墨烯层从sp 2杂化转变为sp 3杂化, 这也是⾦属团簇能够在⽯墨烯上成键的原因. 与HOPG 表⾯相⽐, ⽯墨烯/ Ru(0001)表⾯存在hcp 和fcc 这样势能⽐较低⼜具有活化键的周期性成核中⼼, 所以Pt 能够在⽯墨烯的表⾯长成尺⼨和空间分布都⽐较均匀的纳⽶团簇. 并且在覆盖度⽐较低的时候可以清楚地看出Pt 纳⽶团簇主要落位在⽯墨烯莫尔条纹结构的fcc 位. 如上所述, ⽯墨烯表⾯存在3种位置, top 位, fcc 位和hcp 位(图1(c)). Pt 在⽯墨烯表⾯的⽣长结果清楚地表明了Pt 团簇在fcc 位处择优成核, 与Ir 纳⽶团簇在⽯墨烯/Ir(111)上择优成核在hcp 位不同, 这可能是由于⽯墨烯与Ru 衬底的相互作⽤导致fcc 位的碳与Pt 团簇相互作⽤更强.HOPG 表⾯的⽯墨层⼗分平整, 表⾯不存在⼏何和电⼦结构的周期调制, 加之⾦属原⼦与完整的⽯墨表⾯的碳原⼦之间的相互作⽤⽐较弱, 所以⾦属⼤多在表⾯缺陷或台阶边缘处成核. ⽐如, Fe [31]和Pt [28]沉积在⼲净的HOPG 上, 主要是在台阶边缘处和缺陷位处成核, 所形成的⾦属团簇的⼤⼩和分布都不是很均匀. 为了解决这⼀问题, 往往需要对HOPG 表⾯进⾏修饰, ⼈为地制造出许多缺陷位来作为⾦属的成核中⼼, 这样才能得到⼤⼩和分布都⽐较均匀的⾦属团簇[12,32,33]. 我们详细研究了Pt 催化剂在有纳⽶孔修饰的HOPG 表⾯的⽣长[33], 发现Pt 在HOPG 表⾯是三维⽣长, Pt 纳⽶团簇主要在表⾯纳⽶孔处成核, 所形成的Pt团簇的尺⼨分布远较⽯墨烯表⾯的图3 ⽯墨烯/Ru 表⾯沉积Pt 之后的表⾯形貌图在121 K 时沉积Pt 90 s 之后的表⾯形貌图, (a) 100 nm×100 nm; (b) 40 nm×40 nm; 点线三⾓区域是fcc 位, 点划线三⾓区域是hcp 位; (c) 在121 K 沉积Pt 3.5 min 后继续在299 K 沉积Pt 10.5 min 之后的表⾯形貌图, 100 nm×100 nm2009年7⽉第54卷第13期1864宽. ⽯墨烯表⾯不需要进⾏修饰就能得到⼤⼩和分布都⽐较均匀的⾦属纳⽶团簇, 它的这种特性使得⽯墨烯可以作为⼀个理想的模板来制备尺⼨可控的⾦属催化剂团簇.3 结论在Ru(0001)表⾯通过室温吸附⼄烯和⾼温退⽕过程可以外延⽣长单层⽯墨烯岛, 重复此过程可以增加⽯墨烯的覆盖度, 并最终实现单层⽯墨烯在Ru(0001)表⾯上的⾼度覆盖(0.9 单层). Pt 在⽯墨烯表⾯是三维⽣长模式, Pt 纳⽶团簇的分散与⼤⼩都⽐较均匀, 且有择优落位, ⼤部分Pt 团簇⽣长在⽯墨烯的莫尔条纹单胞中的fcc 位.参考⽂献1 Meyer J C, Geim A K, Katsnelson M I, et al. 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Zheng YongFei(郑永飞)和Zhang ShaoBing(张少兵) 的⽂章“Formation and evolution of Precambrian continental crust in South China. 2007, 52: 1―12”及Wang HuiJun (王会军)和Fan Ke(范可)的⽂章“Relationship between the Antarctic oscillation in the western North Pacific typhoon frequency. 2007, 52: 561―565”分别⼊选.郑永飞教授为第⼀作者的论⽂根据⽬前已经获得的锆⽯U-Pb定年和Lu-Hf同位素分析结果, 提出⼀个很新的观点, 即中国⼤陆参与板块构造活动的时间可追溯到冥太古代, 论证了华南陆壳的⽣长始于早太古宙, 在古元古代时代伴随Columbia超⼤陆聚合发⽣克拉通化达到相对稳定, 在新元古代时期由于Rodinia 超⼤陆裂解导致华南克拉通的初始破坏. 论⽂有很强的创新性. 郑永飞教授是国家杰出青年科学基⾦获得者, 2005年当选美国矿物学会会⼠, 是中国⼤陆科学家当选该学会会⼠的第⼀⼈, 2008年获何梁何利奖. 主要研究⽅向为同位素地球化学和化学地球动⼒学.王会军研究员为第⼀作者的论⽂报道了西北太平洋台风⽣成数(WNPTN)和南极涛动(AAO)的关系. 过去的研究注意北半球台风与南极的关系较少. ⽽该⼯作专门研究这个问题, ⽽且发现6~9⽉AAO和WNPTN具有显著的异常反⽓旋环流并且涡度异常为负值, ⽽⾼层为异常⽓旋环流并且涡度异常为正值, 海表温度降低, 这些变化均不利于台风⽣成和发展. 反之亦然. 这个结果对于认识台风活动年际变化的规律具有重要的意义, 也对预测台风活动具有潜在价值. 王会军研究员是国家杰出青年科学基⾦获得者, 国家百千万⼈才⼯程国家级⼈选, 中国科学院知识创新⼯程重要研究⽅向项⽬⾸席科学家. 主要研究⽅向为古⽓候模拟研究, 东亚季风⽓候变异及其可预测性.两篇⽂章的中⽂版请见:1. 郑永飞, 张少兵. 华南前寒武纪⼤陆地壳的形成和演化. 科学通报, 2007, 52: 1—102. 王会军, 范可. 西北太平洋台风⽣成频次与南极涛动的关系. 科学通报, 2006, 51: 2910~2914“受关注论⽂”的评选范围为评选年度前溯两年发表在Chinese Science Bulletin的研究性论⽂和评述. 评选按专家定性评审与科学计量指标定量评价相结合的办法进⾏, 旨在⿎励更多的科学家把优秀科技论⽂投送到Chinese Science Bulletin，以不断提升刊物在国内外的影响⼒.《科学通报》编辑部2009年6⽉1865。

氮掺杂石墨烯的制备及氧还原电催化性能

氮掺杂石墨烯的制备及氧还原电催化性能一、本文概述随着能源危机和环境问题的日益严峻，寻求高效、清洁、可持续的能源技术已成为全球科研工作者的重要任务。

作为新一代能源技术的重要组成部分，燃料电池和金属-空气电池等电化学能源转换装置因具有高能量密度和环保特性而备受关注。

在这些电化学能源转换装置中，氧还原反应（ORR）是关键步骤之一，其催化剂的性能直接影响到整个装置的能量转换效率和使用寿命。

因此，开发高效、稳定的氧还原电催化剂成为了当前研究的热点。

近年来，石墨烯作为一种新兴的二维纳米材料，因其独特的电子结构和物理化学性质，在电催化领域展现出巨大的应用潜力。

而氮掺杂石墨烯作为一种通过引入氮原子对石墨烯进行改性的材料，不仅保留了石墨烯原有的优点，还在电催化性能上有了显著提升。

氮掺杂石墨烯的引入可以改变石墨烯的电子结构，提高其对氧分子的吸附能力，从而优化氧还原反应的动力学过程。

因此，氮掺杂石墨烯被认为是一种具有广阔应用前景的氧还原电催化剂。

本文旨在探讨氮掺杂石墨烯的制备方法以及其在氧还原电催化反应中的性能表现。

我们将详细介绍氮掺杂石墨烯的合成方法，包括化学气相沉积法、热解法、溶剂热法等，并分析各种方法的优缺点。

我们将通过电化学测试手段，如循环伏安法、线性扫描伏安法等，评估氮掺杂石墨烯在氧还原反应中的催化性能，并探讨其催化机理。

我们还将讨论氮掺杂石墨烯在实际应用中所面临的挑战和可能的解决方案。

通过本文的研究，我们期望能够为氮掺杂石墨烯在氧还原电催化领域的应用提供有益的理论指导和实验依据，为推动新一代电化学能源转换装置的发展做出贡献。

二、氮掺杂石墨烯的制备方法氮掺杂石墨烯的制备是提升其氧还原电催化性能的关键步骤。

目前，常见的氮掺杂石墨烯制备方法主要包括化学气相沉积法、热处理方法、化学还原法以及原位合成法等。

化学气相沉积法是一种在气相中通过化学反应生成固态物质并沉积在基底上的方法。

在氮掺杂石墨烯的制备中，含碳和含氮的前驱体在高温下分解，碳原子和氮原子在基底上重新排列，形成氮掺杂石墨烯。

石墨烯论文

石墨烯研究进展雷洪〔中国矿业大学化工学院 221116〕摘要：石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料，由于碳原子组成的特殊结构使得石墨烯拥有一系类特殊性能，包括特殊的导热性质，电学性质，力学性质等等。

特殊的性质使得石墨烯有在很多领域开展的潜力，因此引起了科学界的广泛关注，本文介绍了石墨烯的一些制备方法，性质和应用领域。

关键词：石墨烯制备方法特性应用领域Advances in graphene researchLEI hong(China University of Mining and technology，SCET XuzhouJiangsu 221116) Abstract：Graphene is a new material consisting of a single layer of carbon atoms sheet structure，Because of the special structure of carbon atoms makes graphene has a series of special class performance，Including special thermal properties，electrical properties and mechanical properties, etc. Special properties make graphene has the potential in many areas of development，so，it attracted wide attention in the scientific community. This article describes some of graphene preparation methods properties and applications.Keywords：graphene preparation methods properties application areas0引言自2004年Novoselov，K．S．等使用微机械剥离法从高定向热解石墨上剥离观测到石墨烯〔Graphene〕以来，碳元素同素异形体又增加了新的一员.随着2010年诺贝尔物理奖颁给英国曼彻斯特大学51岁的俄裔荷籍教授安德烈.海姆和曾是他的博士生36岁的俄裔英、俄双重国籍的教授康斯坦丁.诺沃肖洛夫之后，“石墨烯〞这一专业名词突然进入人们的眼帘，其独特的性能和优良的性质引起了研究人员的极大关注，掀起了一波石墨烯的研究高潮。

石墨烯发热膜介绍

问2：电热膜跟传统的发热相比优势在哪里？节能30-50%，热效率高，宽幅电压，升温快，秒升80度，精准控温，正负偏差不超过1度。
问3：电热膜的使用寿命有多长？ 2万小时
问4：如何区分厚膜和薄膜从外观上？厚膜一般有手感，还有印刷上去，跟载体是部分融合，而薄膜是跟载体熔在一起，所以延展性能是一样的，不会有断裂或者老化发生。
电热丝
加热管
加热盘
石墨烯加热膜
石墨烯加热膜的的优点
产品优势
对比项石墨烯电暖气传统取暖器
对比效果
功率
1000W
3000W
节能65%
发热
辐射式加热
热传导加热不干燥模拟太阳光
功能远红外理疗功能
无
场所敞开环境可加热密闭空间使用
促进血液循环由内向外热
可户外使用
对比项石墨烯电烤盘传统电烤盘
高附加：新发明改写新历史新历史改写新财富
石墨烯产品开发
可开发领域
石墨烯远红外水壶
远红外辐射加热效率高更节能面状发热，发热均匀（二维）水不接触金属、密封胶等有毒材质可煮茶、中药、婴儿热奶无功率衰减
传统的养生壶实质不养生！！！
金属丝加热，热效率低线状发热（一维）无法避免与金属、密封胶材料接触不可煮茶、中药有功率衰减
行业拓展
石墨烯发热浆料
发热建材
服饰穿戴
发热家电
工业加热
美容仪器
农业生产
谢谢!
取暖类
超轻超薄高效环保
取暖器
暖菜板
干衣机
烘干箱
04
小家电常见问题解析
小家电品类常见问题解析
问1：电热膜跟市面上的稀土膜，金属膜，碳纤维，以及PTC膜的区别是什么？电热膜全称是纳米金属氧化薄膜，又称半导体智能膜。薄膜跟上面的稀土膜，碳膜和PTC有很大的差别，因为薄膜是已经和载体熔在一起

石墨烯制备与带隙调控的研究进展

石墨烯制备与带隙调控的研究进展*焦小亮,张悦炜,何潺,徐剑峰,杨靖霞,洪樟连(浙江大学硅材料国家重点实验室,浙江大学材料科学与工程学系,杭州310027)摘要石墨烯的独特结构和性能使其在纳米电子、半导体器件等领域中的研究成为热点课题。

综述了石墨烯的结构特性及制备方法,重点评述了石墨烯带隙调控的方法及其原理,概括了各种方法可实现的带隙调节范围及研究现状,并介绍了半导体石墨烯在纳米电子器件上的应用前景,提出今后值得关注的研究方向。

关键词石墨烯半导体禁带宽度带隙调控纳米电子器件Recent Progress in Preparation and Band -gap Modulation of GrapheneJIAO Xiaoliang,ZH ANG Yuew ei,HE Chan,XU Jianfeng ,YANG Jingx ia,H ONG Zhanglian(State Key Labor ator y o f Silico n M ateria ls,Department of M aterials Science and Engineering ,Zhejiang U niversit y,H angzhou 310027)Abstract Gr aphene,w ith its unique st ructur e and pr operties,has become a hot to pic in t he r esear ch of nano -electro nics,semico nducto r dev ices and so on.T he propert ies and preparatio ns of g raphene ar e summarized,and the fo -cus is placed on the manipulatio n o f t he bandgap of g rephene.Different manipulating met ho ds and their cor responding principles are specified,and the research status of v ario us metho ds,especially the tunable range o f the g raphene bandgap are summarized.T he application prospects o f gr aphene w ith tunable g ap which related to nano -electr onic de -vice are intr oduced.F inally,trends for futur e research and dev elo pment are pro po sed.Key words g raphene,semico nduct or,band gap,band g ap manipulation,nano -electr onic dev ice*国家自然科学基金(51072180);硅材料国家重点实验室开放基金(SK L2009-14)焦小亮:男,1989年生,硕士研究生,从事无机光电功能材料研究 E -mail:jiaox iao liang 1989@126.co m 洪樟连:通讯作者,男,副教授,博士生导师,从事无机功能复合材料研究 E -mail:hong_zhang lian@0 引言石墨烯(Graphene)是一种新型二维平面结构碳材料。

硼氮掺杂石墨烯电子特性的第一性原理研究

硼氮掺杂石墨烯电子特性的第一性原理研究*高瑞玲,缪灵,宋家琪,吴忧(华中科技大学电子科学与技术系,湖北武汉430074)摘要: 采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法研究了硼氮双原子掺杂石墨烯的原子结构和电子特性。

结果表明,掺硼、氮石墨烯分别呈现出p型和n 型半导体的性质。

硼氮邻位掺杂石墨烯是稳定的,由于杂质的补偿作用,石墨烯的电子特性改变不大。

同时,计算验证了由于杂质引入而造成的晶格畸变是局域性的。

关键词: 石墨烯;电子特性;第一性原理;共掺杂中图分类号: TN304.18文献标识码:A 文章编号:1001 9731(2009)增刊 0194 041 引言2004年,单、双和多层石墨烯均被制出[1,2],它独特的电子性质引发了大量的实验[3~5]与理论[6~9]探索。

纯净石墨烯是零带隙半导体,有优良的导电性,被观察到具有无质量的狄拉克费米子[10]。

石墨烯在器件方面有各种应用,研制能够发展传统半导体器件的小型、低功耗和具有更高工作频率的石墨烯晶体管就是热点之一[1,11]。

研究掺杂的单、双、多层石墨烯及石墨烯纳米带的电子特性是当今纳米材料领域的一大热点。

A.Le n 等[12]研究了掺氮zig zag型石墨烯纳米带的电子特性,指出其局域态电子谱发生了强烈改变。

Yuliang Mao 等[13]计算了不同位置下掺锰的双层石墨烯的电子特性。

K.Novoselov[14]从理论上指出生长于SiC衬底的单层石墨烯具有带隙。

该理论后被S.Y.Zhou等用实验证明[15]。

目前,掺杂石墨烯电子特性的研究并不是很充分。

例如,R.H.Miwa等[16]通过实验发现,当掺硼浓度为2.4%时,对位掺硼石墨烯最稳定,这悖于之前的理论。

并且,前期研究缺乏对硼氮混掺石墨烯的电子特性计算分析。

平面波超软赝势方法已被成功用于研究材料原子结构和电子结构[17,18],本文采用同样的计算方法研究硼氮掺杂石墨烯的电子特性。