北京石墨烯研究院Nat Commun | 石墨烯层数控制制备取得重要进展

主要观点总结

本文介绍了二维材料（如石墨烯）的层数控制生长挑战及解决方案。北京石墨烯研究院的刘忠范院士-孙禄钊课题组提出了边缘供碳同步外延的生长策略，通过设计Cu-Cu2O异质催化衬底，实现了大面积均匀石墨烯薄膜的层数控制生长，并实现了A3尺寸三层石墨烯薄膜的规模化制备。

关键观点总结

关键观点1: 二维材料的层数控制生长挑战

长期以来，层数精确可控且均匀的二维材料（薄膜）的工业级制备未能实现。根本原因在于石墨烯等二维材料的表面无悬挂键，与传统的外延理论框架不同，附加层成核困难，旧层的横向生长与新层成核（纵向生长）存在竞争，导致难以实现真正的逐层生长。

关键观点2: 边缘供碳同步外延策略

刘忠范院士-孙禄钊课题组及合作者提出了边缘供碳同步外延的生长策略，通过设计Cu-Cu2O异质催化衬底，利用该催化衬底诱导多层石墨烯同步成核并同时外延长大，实现了大面积均匀石墨烯薄膜的层数控制生长。

关键观点3: 创新性的催化作用

Cu2O催化剂在生长过程中发挥了三项重要作用：催化裂解碳源前驱体，引导活性碳原子至石墨烯生长前沿，稳定不同石墨烯层的边缘。此方法展现出根本性的生长模式差异，可实现2至7层石墨烯薄膜的层数可控制备。

关键观点4: 研究成果的显著影响

北京石墨烯研究院在国际上率先实现了A3尺寸三层石墨烯薄膜的规模化制备，所得薄膜具有极佳的均匀性和优异的力学性能。同步外延生长策略为二维材料的层数控制精准合成提供了可靠思路，为双层及少层石墨烯薄膜的产业化应用奠定了基础。