高温分步过程使得石墨烯从乙烯

一个国际科学家小组有一种新方式生产单层石墨烯从简单的前兆︰ 乙烯 — — 也被称为乙烯 — — 最小的烯烃分子，包含两个原子的碳。

通过分阶段对温度略高于 700 摄氏度 — — 比曾尝试过的 — — 研究人员产生纯层石墨烯铑催化剂衬底上热加热乙烯。逐步加热和较高温度克服了在生产石墨烯直接从烃前体的早期努力中看到的挑战。

由于其较低的成本和简单，技术可以打开新的潜在应用，为石墨烯，具有吸引力的物理和电学性质。工作还提供碳簇前体的自我进化的新机制形成的石墨烯层的扩散型聚结结果。

由乔治亚技术学院、 技术大学慕尼黑在德国，并在苏格兰圣安德鲁斯大学的科学家进行研究，报告为在 5 月 4 日一期的物理化学 C 》 杂志上的封面文章。在美国，由美国空军科学研究办公室和美国能源部基础能源科学办公室支持研究。

“由于石墨烯由碳，我们决定开始与最简单的碳分子，看看类型的如果我们可以把它们装配成为石墨烯，”解释 Uzi 兰德摄政的教授和远东财务卡拉威赋予椅子在格鲁吉亚技术物理学院的负责人研究理论的组成部分。”小分子中含有碳，从你结束与肉眼可见的石墨烯片断”。

石墨烯是现在生产使用各种方法包括化学气相沉积，硅碳化硅 — — 从蒸发和简单剥落的石墨烯薄片从石墨。大量生产石墨烯从简单的碳氢化合物前体的早期努力证明了很大程度上不成功，创建无序的烟尘，而不是结构化的石墨烯。

以理论为指导，研究人员推断从乙烯到石墨烯的路径会涉及到一系列的结构的形成，因为氢原子离开乙烯分子和碳原子自组装成表征石墨烯的蜂窝模式。探讨从乙烯到石墨烯的热致铑表面催化变换的性质，实验组在德国和苏格兰提出在步骤在超高真空下材料的温度。他们用扫描隧道显微镜 (STM)、 热编制脱附 (TPD) 和高分辨电子能量损失 （振动） 谱 （载流子） 来观察和表征的结构，形成在每个步骤的过程。

在加热，吸附到铑催化剂的乙烯演变通过耦合反应形成分段一维多环芳烃碳氢化合物 （1 D-多环芳烃）。进一步加热导致维度交叉 — — 一维到二维结构 — — 和多环芳香烃链两端与后续动力重组进程激活脱离大小选择性碳簇后通过第一性原理量子机械模拟，揭示了一种机制。 最后，这些动态自我进化的群集前体的速率限制扩散贯通导致冷凝成石墨烯纯度较高。

在之前的石墨烯形成的最后阶段，研究者观察到近圆形含 24 碳原子，散开成石墨晶格的圆盘状簇。”必须在 windows 的温度范围下一阶段的加热前允许形成必要的结构内提高温度，”兰德解释。”如果你停止在一定温度下，你很可能以焦化告终”。

一个重要组成部分是脱氢过程释放碳原子向窗体中间的形状，但一些氢暂时驻留在上，或附近，金属催化剂表面和它在随后导致脱离 24 碳簇前体的债券破碎过程中帮助。 兰德说:”一路走来，还有从集群，氢的损失”。”基本上抚养温度 ‘煮’ 出不断发展的金属支撑的碳结构中，最终在石墨烯氢。”

由此产生的石墨烯结构吸附在催化剂。它可能是有用附加到金属，但对于其他应用程序，有办法删除它将不得不被开发。添加兰德曼:”这是到石墨烯，新路线和可能的技术应用程序尚有待探索”。

超越了理论的研究，由 Bokwon Yoon 和兰德在佐治亚科技中心进行的计算材料学教授 Renald 肖圣 · 安德鲁斯大学的实验室和教授 Ueli Heiz 和弗里德里希艾斯科技术大学慕尼黑在实验室完成了实验工作。其他的作者包括博王、 迈克尔 König、 凯瑟琳 · 布罗姆利、 迈克尔 · 约翰超强，José A.加里多托雷斯，Marco Caffio，费德里科 · 格里，赫伯特 Frücht 和内维尔五.理查森。

由空军科研办公室通过授予 FA9550-14-1-0005 和由基础能源科学办公室的美国能源部拨款 FG05-86ER45234 通过支持乔治亚技术学院上班。意见，结果，和结论或建议表示在这种材料是那些作者并不一定反映办学团体的意见。