來自柏林自由大學(xué)、弗里德里希·亞歷山大大學(xué)（FAU)、埃爾蘭根-紐倫堡大學(xué)和烏爾姆大學(xué)的研究人員對石墨濕法合成石墨烯作出了重大貢獻(xiàn)，并確定了其基于的機(jī)理。他們成功地解決了如何從石墨晶體中分離單層石墨烯的基本問題。柏林自由大學(xué)的Siegfried Eigler教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組能夠使用化學(xué)官能化成功地穩(wěn)定來自石墨中的單個碳層。通過使用計(jì)算機(jī)模擬，由FAU的Bernd Meyer教授領(lǐng)導(dǎo)的小組能夠證明這一機(jī)制。
Ute Kaiser博士和她在烏爾姆大學(xué)的團(tuán)隊(duì)成功地使用濕法化學(xué)方法制造的石墨烯結(jié)構(gòu)在電子束顯微鏡的幫助下在原子水平上可見。結(jié)果發(fā)表在Nature Communications雜志上。了解石墨烯的化學(xué)功能化及其合成是今后提供高質(zhì)量石墨烯的關(guān)鍵。目前，正在努力開發(fā)基于石墨烯而不是硅的創(chuàng)新電子產(chǎn)品(DOI：10.1038/s 41467-018-#number0#-1)。
石墨由石墨烯層組成，石墨烯又由碳構(gòu)成。石墨烯中的碳原子排列成蜂窩狀，形成具有非凡電子特性的二維材料。2010年石墨烯物理實(shí)驗(yàn)榮獲諾貝爾物理學(xué)獎。
然而，在開發(fā)基于石墨烯的電子產(chǎn)品時所面臨的挑戰(zhàn)是獲得足夠數(shù)量的石墨烯，因?yàn)閹缀醪豢赡茉诓粨p害石墨的前提下將石墨烯與石墨分離。眾所周知，石墨中石墨烯層間的間距可以增加，但要在不破壞石墨烯層的前提下，大量分離石墨烯層，并在溶劑中穩(wěn)定各層石墨層，仍然是很困難的。如果不穩(wěn)定，石墨烯的各個層會合并成石墨或未定義的碳顆粒。石墨烯的優(yōu)異性能將因此而喪失。
研究人員能夠證明，層序明確的高度結(jié)晶石墨特別適合被轉(zhuǎn)移到插層化合物中，在這種化合物中分子和離子儲存在碳層之間。如果石墨烯的層部分是電子氧化的，換句話說，是帶正電荷的，這是特別成功的。分子動力學(xué)模擬結(jié)果表明，石墨中石墨烯層的有序性和電子氧化大大減少了分子間的摩擦。相反，這意味著層狀材料中分子的高度摩擦可以限制它們的運(yùn)動，防止石墨被激活?；罨顾肿釉谙乱徊脚c活化的石墨發(fā)生反應(yīng)。乙醇基團(tuán)附著在石墨烯的表面，使之能夠分離出單獨(dú)的石墨烯層，并在水中穩(wěn)定它們。然后，可以將這種分離的極性石墨烯轉(zhuǎn)移到表面，并將其還原為不帶電的石墨烯。因此，Ute Kaiser教授和她的烏爾姆大學(xué)材料科學(xué)電子顯微鏡小組能夠在原子水平上獲得高質(zhì)量石墨烯結(jié)構(gòu)的圖像。
這項(xiàng)研究由德國研究基金會在合作研究中心“合成碳同質(zhì)體”(CRC 953)和個別項(xiàng)目EI 938/3-1的范圍內(nèi)提供資金。該研究小組還得到了研究生院分子科學(xué)(GSMS)、化學(xué)工業(yè)基金會和歐盟石墨旗艦項(xiàng)目的資助。
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