科学家们从二氧化碳生产双层石墨烯

在《华尔街日报》最近发表的一篇文章ACS中央科学亚博老虎机网登录,研究人员讨论了精确的二氧化碳(公司的潜力₂)降低双层石墨烯的发展。

研究:精密有限公司₂双层石墨烯的还原。图片来源:Rost9 / Shutterstock.com

背景

碳碳耦合,hydrodeoxygenation和芳构化过程利用有限公司₂还原反应(有限公司₂RR)。这个反应了很多感兴趣的,因为它的重要性的回收有限公司₂有价值的化工原料和调查新有限公司₂转换和利用途径。

由于其独特的结构和迷人的物理性质,石墨烯是一种非常理想的产品。一个可配置的带隙和合适的属性,双层石墨烯(BLG)有很多潜在的下一代电子和twistronics设备。

由于难以准确地分离惰性公司债券和复杂的生长机制,有选择性的途径从有限公司₂BLG单晶从来没有被激活。通过减少分子有限公司₂变成一个质量好的BLG单晶,研究人员可以了解更多关于有限公司₂减少的同时收获一个有价值的电子材料。

相比标准甲烷(CH₄)有限公司₂提供了一个更安全、更环保的C源石墨烯发展。单层石墨烯(SLG)具有单晶结构曾被从有限公司₂原料使用串联催化化学汽相淀积技术。然而,由于氧含量不足引起的不受控制的公司₂减少,到目前为止没有BLG报道。BLG的质量和增长的速度可以提高通过引入O-rich铜,含氧化合物如乙醇。

BLG单晶生长过程的图解说明。图片来源:锣,P et al ., ACS中央科学亚博老虎机网登录

关于这项研究

在目前的研究中,作者提出了催化转化有限公司₂成一个高质量的BLG单晶与合适的流动性环境温度通过CVD方法。的有限公司₂分子氧作为碳源和腐蚀剂在严格控制开发窗口。

通过精细控制增长窗口,在CVD系统演示了催化方法精确减少有限公司₂成BLG单一晶体。巨大BLG单晶异常快速动力学使用建造有限公司₂,氧气是用作蚀刻剂,和碳被用作原料BLG增长。BLG单晶也被用于研究在室温下电传输参数。

管式炉和两个加热区,BLG单晶形成使用CVD过程。在第一个加热区,1.5 sccm有限公司₂与200年初步激活sccm H₂形成更多的碳活性物种。该区域使用一个商业Ni /₂O₃催化剂和温度保持在300°C。在随后的尾巴气相色谱(GC)设置中,气体混合物的成分定量检查。活化的原料气被插入到第二个加热区,在那里变成了BLG单晶在铜箔的衬底温度达到1055°C。

观察

催化地改变了BLG水晶有移动2346厘米²V¹年代¹在室温下。BLG核有创纪录的300年增长率μm h¹。BLG单晶的平均横向尺寸由有限公司₂是200年μm, 220μm的最佳值。

根据拉曼光谱统计,AB-stacked BLG是最常见的双分子层产品,占所有BLG单晶的72%,而剩下的28%主要是30°扭曲BLG单一晶体。SLG群岛联合成一个完全覆盖SLG电影经过40分钟的增长,而adlayer石墨烯被发现成长为一个更大的单晶220μm大小。第一层的速度增长估计达到1200μm h¹通过比较域规模的增长。

经过40分钟的增长,覆盖BLG单晶表面的SLG达到65%。此外,后用纯治疗SLG电影有限公司₂生长条件,D升高峰值被发现在拉曼光谱。在成长过程中,发现增长windows BLG和多层石墨烯(MLG)相对相似。理想的增长压力P是在1100 - 1200 Pa, BLG覆盖率达到最大的但MLG成核密度保持在低位。

后门场效应晶体管的电测量装置基于BLG单晶。(一)后门BLG场效应晶体管装置的示意图。(b)的光学图像BLG场效应晶体管器件(比例尺:10μm)。(c) BLG场效应晶体管器件的传输特性,与V_d= 1 V。图片来源:锣,P et al ., ACS中央科学亚博老虎机网登录

结论

总之,这项研究证明了小说的成功开发催化方法准确地转换成有限公司₂成一个高质量的BLG单晶具有高增长率,大尺寸,和优秀的电子性能。BLG的增长率增加到300μm h¹,这是氧原子来自认证有限公司₂。

作者强调,不仅腐蚀氧原子的最佳浓度为BLG生成适当的成核位置,但也防止MLG生产。他们也观察到大BLG可能变得更加快速和持续由于仔细校准和精确的有限公司₂减少,这有可能加速下一代twistronic和电气设备的发展。

源

锣,P。唐,C。王,B。,等。精密有限公司₂双层石墨烯的还原。ACS中央科学(2022亚博老虎机网登录)。https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acscentsci.1c01578

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