自2004年英国曼彻斯特大学的Geim和Novoselov采用机械剥离的方法成功地将石墨层片剥离，得到单层石墨石墨烯（graphene）以来，石墨烯便以优异的电学、热学、光学和力学性能，高的理论比表面积(2600m2/g)，以及完美的量子隧道效应和整数的量子霍尔效应引起了全世界科学家广泛的关注。石墨烯有着取代现有很多材料，甚至产生很多具有革命性的科技应用，从而使人类进入一个全新的技术领域的巨大潜力。然而，石墨烯遭遇了类似其它新材料所遇到的难题，即缺少一种快速简捷的石墨烯低成本和规模化制备方法，从而阻碍了石墨烯材料的进一步推广与应用。

近期，Scientific Reports（科学报告）刊发了武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室燃料电池研究团队木士春教授在无定形碳化硅(SiC)转化为石墨烯方面的创新性研究成果，论文题目为Direct Transformation of Amorphous Silicon Carbide into Graphene under Low Temperatures and Ambient Pressure。该项研究成果由武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室独立完成。

木士春教授所在燃料电池团队根据当前最具潜力的SiC晶体外延生长法，采用成本低廉的无定形SiC(a-Si1-xCx)取代昂贵的晶体SiC作为石墨烯的前驱体，结合成熟的氯化技术(chlorination)，首次提出了一种通过无定形SiC氯化法合成石墨烯的方法。采用该方法，在较低温度（800℃）、常压条件下和较短时间内成功实现了无定形SiC向石墨烯的转化。该方法一举突破了传统SiC晶体外延生长石墨烯法导致石墨烯成本居高不下的三个最重要的因素：包括需采用价格十倍于黄金的6H-SiC作为石墨烯前驱体、苛刻的高温条件（≥1200℃）和需采用超高真空技术，从而大大降低了石墨烯的生产成本及技术门坎。在高分辨透射电子显微镜（HRTEM）下可观测到通过无定形SiC-氯化法合成的石墨烯层数在10层以内，继承了SiC外延生长法层数少的优点。拉曼光谱（Raman）下可以检测到明显红移的2D峰，证明了氯化法合成的石墨烯具有较好的层数可控性。此外，研究团队还探讨了无定形SiC的石墨烯转化机制，提出了一种无定形SiC转化为石墨烯的氯刻蚀晶化模型。无定形SiC石墨烯前驱体可以是纯无定形SiC或为包含晶体SiC核的具有核壳结构的无定形SiC超细粉体颗粒，也可以是无定形SiC纳米薄膜，因此，具有大规模生产石墨烯及在任意基底上大面积合成层数可控石墨烯的巨大前景。相关研究成果已申请了国家发明专利（申请号：201210419348.5）。

发布：武汉理工大学新闻经纬网  时间：2013-03-06

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