为了降低化学气相沉积法制备高质量石墨烯薄膜的成本，提高制备工艺的可操作性，人们对不同种类的碳源进行了广泛探究。除了上次跟大家介绍的固态碳源之外，液相的含碳有机物如苯、正己烷、乙醇等都被用作碳源来制备石墨烯。液相有机物分子结构相对简单，在高温裂解后生长出的石墨烯相对于固态碳源缺陷更少，且其相对于甲烷等气体具有价格低廉和安全可靠等优势。尤其是使用乙醇等具有含氧官能团的有机物可以进一步促进碳源裂解成碳原子，从而促进石墨烯的生长。虽然具有诸多优点，但是一般情况下，液相有机物挥发性很强，在气相沉积过程中碳源的浓度难以控制，使得石墨烯的形核与厚度不可控，从而影响高质量石墨烯的生长。现有的控制液相碳源进给方法有鼓泡法载气引入或者真空辅助引入碳源蒸气，都只能粗略地控制碳源的浓度。正因如此，近十年来石墨烯飞速发展，而以液相有机物作为碳源制备石墨烯的方法却并没有被深入地研究。
近日中国科技大学和大连理工大学的科技工作者[1]合作使用三元铜、镍、锌合金作为催化剂和基底成功地以液态正己烷为碳源制备得到了单层石墨烯。与单一的铜或者二元的铜镍合金不同的是，三元合金催化制得的石墨烯质量更高，如下图1所示。不同寻常的是，他们没有正面探究正己烷的供给方式，而是通过控制基底的种类和成分来控制石墨烯的形核生长，进而达到制备高质量石墨烯的目的。碳原子在高温下可以以较大浓度溶于镍中，通过快速降温可以使碳以石墨烯层片的形式析出在镍的表面，从而形成较厚且不均匀的石墨烯。但是碳在铜中的溶解度极低，根据其表面限制的催化生长机理，在高温时，碳原子可以在铜的表面形核生长成连续的单层石墨烯膜。如果将铜和镍的优势结合起来，使用配比优化的铜镍合金为催化基底，可以获得大尺寸的单晶石墨烯。据他们的理论计算结果，合金引起的协同效应，提供了一个理想的金属平台，使烃分子更容易脱氢裂解，合理地加强了碳单体在基底表面吸附能，同时降低了形成碳碳键所需的能量，在很大程度上促进了具有高电子迁移率和低缺陷密度的单层石墨烯的生长。
图 1.以正己烷为碳源，生长在三种不同基底上的石墨烯的光镜照片和拉曼表征结果
为了实现石墨烯在下一代电子、光电器件方面的应用，高质量石墨烯的低成本可控制备是人们关注的首要问题之一。目前科研工作者们已经在催化剂、碳源、生长温度等方面取得重要成果，相信未来还会有更多更大的突破。(来源：OIL实验室)
