2020上半年石墨烯领域部分研究进展一览
Science：化学合成半导体纳米孔石墨烯
西班牙加泰罗尼亚纳米科技研究所Aitor Mugarza, César Moreno和西班牙圣迭戈·德孔波斯代拉大学Diego Pea团队合作，报道了一种化学分子前驱体聚合制备1nm孔半导体石墨烯的新策略。
研究人员采用类似石墨烯纳米带的合成策略，以DP-DBBA为分子前驱体，在Au(111)单晶表面。在200℃时分子开始聚合，在400℃左右开始形成纳米带。和之前的石墨烯纳米带不一样的是，这种石墨烯纳米带结构并不是规则的直线型，因此，当进一步进行450℃的退火操作时，石墨烯纳米带并没有继续变宽形成更宽的纳米带，而是聚合形成纳米孔结构的石墨烯。
上海微系统所等在石墨烯单晶晶圆研究中获进展
中国科学院上海微系统与信息技术研究所信息功能材料国家重点实验室在高迁移率的石墨烯单晶晶圆研究方面取得进展，相关研究成果以Wafer-scale growth of single-crystal graphene on vicinal Ge(001) substrate为题，发表在Nano Today上。
研究发现，选用10o以上斜切角度的(001)晶面锗作为石墨烯的生长衬底，可以获得单一取向的石墨烯晶畴。通过将这些取向一致的石墨烯晶畴无缝拼接，研究人员在15o切角(001)晶面锗衬底表面制备出高迁移率的单晶石墨烯晶圆。实验结果和理论计算表明，石墨烯晶畴的形核取向与锗衬底的斜切角度紧密关联。同时，研究人员利用原子力显微镜对石墨烯生长行为进行连续观察，结果表明，15o切角(001)晶面锗衬底表面上沿着斜切方向的石墨烯的形核被抑制，而垂直于斜切方向的石墨烯形核不受影响。整个石墨烯生长过程中，无新的石墨烯形核产生，单晶石墨烯晶圆的制备是由取向一致的石墨烯晶畴无缝拼接而成。通过此技术制备出的单晶石墨烯晶圆展现出超高的载流子迁移率，有望对石墨烯纳米电子器件的研制提供材料支撑。
双层-双层转角石墨烯中的关联绝缘态研究获进展
中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心纳米物理与器件实验室N07课题组博士沈成和研究员张广宇等从AB堆垛的双层石墨烯出发，研究了双层-双层石墨烯（“2+2”）魔角体系。考虑到单个AB堆垛的双层石墨烯会在垂直原子平面的位移电场作用下在零能量费米面处打开能隙，形成“墨西哥帽”式的能带结构，他们提出，由AB堆垛的双层石墨烯构筑的转角双层-双层石墨烯体系，同样存在电子平带且平带结构可以受到位移电场的调控。
中国学者发现质子辅助生长超平整石墨烯薄膜
南京大学物理学院高力波教授团队领衔的研究团队，以“质子辅助生长超平整石墨烯薄膜”为题，在《自然》杂志上发表了将质子辅助生长用于高质量石墨烯制备的研究成果。这项工作，不仅探索出了一种可控生长超平整石墨烯薄膜的方法，更为重要的是，该团队还发现了这种生长方法的内在机制，即质子辅助，这种方法有望推广到柔性电子学、高频晶体管等更多重要的研究领域。
a：质子渗透和氢去耦合模型；b：普通CVD方法生长的有褶皱石墨烯；c：氢气等离子体处理过后的同位置褶皱变化；d：质子辅助生长的超平滑石墨烯薄膜。
中国科学家在单层石墨烯力学性质研究中取得进展
中国研究人员在英国《自然·通讯》上发表报告说，他们借助新开发的技术，实现了对单层石墨烯的定量拉伸测试。相关结果和实验技术有助建立这种“超级材料”的真实力学性能标准，推动这种高性能材料更好地应用在不同领域，比如制造出更好的飞机、高铁轻量化部件以及更强韧的柔性触摸屏等。
石墨烯基电化学电容器储能研究取得进展
中国科学院金属研究所与英国伦敦大学学院合作，在《自然-能源》(Nature Energy) 在线发表题为《可调层间距、高效孔利用石墨烯薄膜的电化学电容储能研究》（Tuning the interlayer spacing of graphene laminate films for efficient pore-utilization towards compact capacitive energy storage）的研究论文。
片层间距可调节的复合石墨烯薄膜的制备过程
研究人员制备了不同比例的氧化石墨烯和热膨胀还原石墨烯的混合溶液，经过真空抽滤，得到片层间距可调节的复合石墨烯基薄膜。通过调控片层间距，实现了优化整个电极材料孔隙率的效果。当电极材料的孔隙尺寸与电解液的离子尺寸相匹配时，孔隙的空间利用达到了最优化，从而极大化了体积能量密度。在此基础上，科研人员设计了全固态柔性电化学电容器，石墨烯薄膜电极材料本身良好的弯折性能，保证了整个器件的柔性，并进一步发展了智能器件，通过根据实际需求改变电路连接方式，实现了不同的输出效果。
南京大学在石墨烯三维网络块体材料研究中获得重大进展
南京大学现代工程与应用科学学院王学斌教授课题组报道了一种锌诱导的分层碳化法，可以在低成本下高效制备优质的三维石墨烯块体材料，其产品称之为锌诱导三维石墨烯ZnG。锌法三维石墨烯产品ZnG具有高比表面积、优异热稳定性、在空气中和在电解液中出色的电导率。该工作还演示了ZnG用作双电层型超级电容器的电极，实现了卓越的能量密度、功率密度、循环寿命。
图 三维石墨烯ZnG的合成方法、结构、形态和拉曼光谱分析。a-c) 合成过程及光学照片；d-g) SEM、STEM、TEM图片；h)单个泡孔孔壁——石墨烯膜的HRTEM图；i) 拉曼光谱。
大面积单层石墨烯的可控合成取得重要进展
中国科学技术大学国家同步辐射实验室宋礼教授课题组与大连理工大学三束材料改性教育部重点实验室赵纪军教授课题组合作，在高质量、大面积、单层石墨烯的可控合成及其生长机理研究方面取得重要进展。相关成果发表于国际著名期刊ACS Nano。
该研究采用安全廉价的环己烷（C6H6）为液态碳源，设计了一种新型三元合金基底Cu2NiZn，并通过对低压CVD合成工艺的探索，实现了大面积高质量单层石墨烯的生长。结合拉曼光谱（Raman）、原子力显微镜（AFM）、透射电子显微镜（TEM）等多种手段，证实了三元合金基底生长的石墨烯具有单层性和高结晶性。同时，利用微纳加工技术构筑了石墨烯场效应晶体管（FET），测得三元合金基底上生长的石墨烯迁移率远优于其他两种基底（Cu, CuNi）。
厦门大学在石墨烯单分子器件取得重要进展
化学化工学院洪文晶教授课题组、萨本栋微米纳米科学技术研究院杨扬副教授课题组及英国兰卡斯特大学Colin J. Lambert教授课题组合作，在基于石墨烯电极的单分子电子器件方面取得重要研究进展。相关研究成果以“Cross-plane transport in a single-molecule two-dimensional van der Waals heterojunction”为题发表于Science Advances (doi号: 10.1126/ sciadv.aba6714, IF= 12.804)。
洪文晶教授课题组与杨扬副教授课题组在自主研发的机械可控裂结技术装置的基础上，开发了一种新型的层间裂结技术装置，用以构筑和表征单分子范德华异质结器件。研究人员将一系列多环芳烃化合物（Polycyclic Aromatic Hydrocarbons）分别嵌入在两片单层石墨烯电极之间，首次构筑了单分子范德华异质结器件，并对多种该类器件的电输运性质进行了表征。实验发现，利用该新型层间裂结技术所构筑的单分子范德华异质结，表现出与传统分子电子器件中所常见的面内输运明显不同的变化规律。实验中还发现，相同苯环数量、不同分子结构的异质结器件展现出不同的电输运性质，显示出典型的室温下量子输运特性。该工作所开发的新型层间裂结技术和构筑的单分子范德华异质结，对后续进一步研究和设计功能多样的单分子电子器件具有重要的参考价值。
资料来源：
中国科学院上海微系统所、物理研究所、科技日报、环球网、materials views china、南京大学、中国科技大学、厦门大学、石墨烯联盟等。