近年來(lái)，石墨烯作為一種新型的碳材料，因其許多獨(dú)特優(yōu)異的性質(zhì)引起了人們的廣泛關(guān)注和極大興趣。石墨烯的可控制備是開(kāi)展石墨烯基礎(chǔ)研究和應(yīng)用開(kāi)發(fā)的前提，是目前亟待解決的重大科學(xué)問(wèn)題之一。在眾多石墨烯的制備方法中，化學(xué)氣相沉積法（CVD）因兼有高質(zhì)量和宏量制備的優(yōu)點(diǎn)已成為石墨烯生長(zhǎng)的最重要方法之一。
最近，中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所有機(jī)固體重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室與北京大學(xué)、北京師范大學(xué)和清華大學(xué)的相關(guān)科研人員利用CVD方法在高質(zhì)量石墨烯的可控制備方面取得重要系列進(jìn)展，有關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在Adv. Mater.及Adv. Funct. Mater.上。
圖1 級(jí)次結(jié)構(gòu)石墨烯的疊層生長(zhǎng)（左）和《先進(jìn)材料》內(nèi)封底（右）
級(jí)次結(jié)構(gòu)石墨烯的疊層生長(zhǎng)：采用CVD方法，以液態(tài)銅為催化劑，以甲烷為碳源，通過(guò)調(diào)控Ar和H2流速的比例，獲得了一系列具有三維結(jié)構(gòu)的石墨烯復(fù)合體(圖1左)。該復(fù)合體具有高度六重對(duì)稱性，并且具有明顯的級(jí)次層疊結(jié)構(gòu)。該工作首次將石墨烯的三維生長(zhǎng)和形貌調(diào)控與非平衡體系下動(dòng)力學(xué)調(diào)控有機(jī)結(jié)合，原理上可推廣到其他二維原子晶體材料。另外，該級(jí)次結(jié)構(gòu)的石墨烯復(fù)合體具有各向異性的電學(xué)性能。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在《先進(jìn)材料》上(Adv. Mater. 2014, 26, 3218.), 并被選為內(nèi)封底（圖1右）。
圖2 大面積自組裝的單晶石墨烯陣列（左）和《先進(jìn)功能材料》封面（右）
單晶石墨烯陣列的制備：采用CVD方法，通過(guò)調(diào)節(jié)CH4和H2流速的比例實(shí)現(xiàn)了大面積六角單晶石墨烯陣列的可控制備（圖2左），優(yōu)化生長(zhǎng)條件可有效調(diào)控單晶石墨烯陣列的密度和尺寸，該種行為與高溫下液態(tài)銅催化劑的表面流動(dòng)性密切相關(guān)。此外，基于單晶石墨烯的場(chǎng)效應(yīng)器晶體管件顯示了良好的電學(xué)性能，為石墨烯的大規(guī)模應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。大面積自組裝排列的單晶石墨烯陣列將促進(jìn)大規(guī)模、高質(zhì)量石墨烯制備領(lǐng)域的發(fā)展，并有望在石墨烯未來(lái)的器件應(yīng)用中發(fā)揮重要的作用。該研究結(jié)果發(fā)表在《先進(jìn)功能材料》上(Adv. Funct. Mater. 2014, 24, 1664.),并被選為封面文章（圖2右）。
