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(zhì)引起了人們的廣泛關(guān)注和極大興趣。石墨烯的可控制備是開展石墨烯基礎(chǔ)研究和應(yīng)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(zhì)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(guān)科研人員利用CVD方法在高質(zhì)量石墨烯的可控制備方面取得重要系列進展，有關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在Adv. Mater.及Adv. Funct. Mater.上。

級次結(jié)構(gòu)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(diào)控Ar和H2流速的比例，獲得了一系列具有三維結(jié)構(gòu)的石墨烯復(fù)合體(圖1左)。該復(fù)合體具有高度六重對稱性，并且具有明顯的級次層疊結(jié)構(gòu)。該工作首次將石墨烯的三維生長和形貌調(diào)控與非平衡體系下動力學調(diào)控有機結(jié)合，原理上可推廣到其他二維原子晶體材料。另外，該級次結(jié)構(gòu)的石墨烯復(fù)合體具有各向異性的電學性能。相關(guān)研究結(jié)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(diào)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(diào)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(guān)。此外，基于單晶石墨烯的場效應(yīng)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(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。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(zhì)量石墨烯制備領(lǐng)域的發(fā)展，并有望在石墨烯未來的器件應(yīng)用中發(fā)揮重要的作用。該研究結(jié)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(jié)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(jié)構(gòu)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(chǔ)，其特殊的邊界結(jié)構(gòu)類型也有利于研究石墨烯電學和磁學性能。該研究結(jié)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(jié)構(gòu)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）