过渡金属衬底上石墨烯的制备与调控

吴欣蕾1, 裴浩楠1, 梁雪峰1, 董际臣2, 张磊宁1 （1.北京理工大学化学与化工学院, 原子分子簇科学教育部重点实验室；2.北京分子科学国家研究中心, 中国科学院化学研究所有机固体重点实验室）

摘要：本文详细介绍了石墨烯在过渡金属衬底上的化学气相沉积生长机制, 重点探讨了不同金属衬底对石墨烯生长行为及形貌的影响与调控, 分析了金属衬底在石墨烯生长过程中的作用, 包括催化裂解碳源前驱体、促进活性炭物种在衬底表面的扩散和组装, 以及对石墨烯成核和生长取向的调控. 金属衬底的催化活性和表面特性以及石墨烯与金属衬底间的晶格失配度是影响石墨烯形态和质量的关键因素. 通常情况下, 晶格失配度较小的金属衬底(如Cu和Ni)是制备大面积、高质量单晶石墨烯薄膜的理想选择. 由于它们溶碳能力的差异, Cu和Ni上所生长的石墨烯分别倾向于单层和多层, 其合金则常用于石墨烯层数的精准调控. 而在晶格失配度较大的金属衬底(如Ru、Pt、Rh、Ir、Re和Pd等)上, 石墨烯则倾向于形成具有特定周期性的莫尔超结构. 这类石墨烯莫尔超结构在识别衬底晶界、组装纳米团簇和合成量子点等方面展现出巨大的应用潜力. 基于对石墨烯生长机制的深入理解, 以及其在可控制备与应用中的重要性, 我们对该领域面临的挑战与未来发展方向进行了展望.

关键词：石墨烯, 化学气相沉积, 过渡金属衬底, 生长机制, 莫尔超结构