全部 标题 作者
关键词 摘要

OALib Journal期刊
ISSN: 2333-9721
费用:99美元

查看量下载量

相关文章

更多...
化学学报  2013 

石墨烯催化生长中的偏析现象及其调控方法

DOI: 10.6023/A13010023, PP. 308-322

Keywords: 石墨烯,偏析现象,平衡偏析与非平衡偏析,化学气相沉积,层数控制,掺杂控制

Full-Text   Cite this paper   Add to My Lib

Abstract:

石墨烯是一种由sp2杂化碳原子组成的具有蜂窝状结构的二维原子晶体,其一系列优异的电学、光学和力学等特性,使得它在各领域都有广泛的应用前景,而大面积高质量石墨烯的制备则是各类应用的前提.金属基底上的催化生长方法是目前制备高质量石墨烯的主流技术.系统地阐释了金属基底上石墨烯催化生长中的偏析现象以及我们发展的通过调控偏析过程来实现石墨烯控制生长的基本方法.这些方法包括偏析生长法、共偏析法、Cu-Ni合金偏析法、互补性二元合金催化法等.我们的工作表明,偏析是金属表面石墨烯生长过程中无法回避的、同时也可以积极利用的一个关键基元步骤.对偏析现象及其调控方法的研究,有助于为石墨烯的控制生长提供新的解决方案,进而推动石墨烯的工业化进程.

References

[1]  Wallace, P. R. Phys. Rev. 1947, 71(9), 622.
[2]  Oshima, C.; Nagashima, A. J. Phys.: Condens. Matter 1997, 9(1), 1.
[3]  Novoselov, K. S.; Geim, A. K.; Morozov, S. V.; Jiang, D.; Zhang, Y.; Dubonos, S. V.; Grigorieva, I. V.; Firsov, A. A. Science 2004, 306(5296), 666.
[4]  Novoselov, K. S.; Geim, A. K.; Morozov, S. V.; Jiang, D.; Katsnelson, M. I.; Grigorieva, I. V.; Dubonos, S. V.; Firsov, A. A. Nature 2005, 438(7065), 197.
[5]  Zhang, Y. B.; Tan, Y. W.; Stormer, H. L.; Kim, P. Nature 2005, 438(7065), 201.
[6]  Novoselov, K. S.; Jiang, Z.; Zhang, Y.; Morozov, S. V.; Stormer, H. L.; Zeitler, U.; Maan, J. C.; Boebinger, G. S.; Kim, P.; Geim, A. K. Science 2007, 315(5817), 1379.
[7]  Du, X.; Skachko, I.; Barker, A.; Andrei, E. Y. Nat. Nanotechnol. 2008, 3(8), 491.
[8]  Lee, C.; Wei, X. D.; Kysar, J. W.; Hone, J. Science 2008, 321(5887), 385.
[9]  Seol, J. H.; Jo, I.; Moore, A. L.; Lindsay, L.; Aitken, Z. H.; Pettes, M. T.; Li, X. S.; Yao, Z.; Huang, R.; Broido, D.; Mingo, N.; Ruoff, R. S.; Shi, L. Science 2010, 328(5975), 213.
[10]  Nair, R. R.; Blake, P.; Grigorenko, A. N.; Novoselov, K. S.; Booth, T. J.; Stauber, T.; Peres, N. M. R.; Geim, A. K. Science 2008, 320(5881), 1308.
[11]  Lin, Y. M.; Valdes-Garcia, A.; Han, S. J.; Farmer, D. B.; Meric, I.; Sun, Y. N.; Wu, Y. Q.; Dimitrakopoulos, C.; Grill, A.; Avouris, P.; Jenkins, K. A. Science 2011, 332(6035), 1294.
[12]  Bae, S.; Kim, H.; Lee, Y.; Xu, X. F.; Park, J. S.; Zheng, Y.; Balakrishnan, J.; Lei, T.; Kim, H. R.; Song, Y. I.; Kim, Y. J.; Kim, K. S.; Ozyilmaz, B.; Ahn, J. H.; Hong, B. H.; Iijima, S. Nat. Nanotechnol. 2010, 5(8), 574.
[13]  Yoo, E.; Kim, J.; Hosono, E.; Zhou, H.; Kudo, T.; Honma, I. Nano Lett. 2008, 8(8), 2277.
[14]  Liu, C. G.; Yu, Z. N.; Neff, D.; Zhamu, A.; Jang, B. Z. Nano Lett. 2010, 10(12), 4863.
[15]  Xia, F. N.; Mueller, T.; Lin, Y. M.; Valdes-Garcia, A.; Avouris, P. Nat. Nanotechnol. 2009, 4(12), 839.
[16]  Xu, M. S.; Fujita, D.; Hanagata, N. Small 2009, 5(23), 2638.
[17]  Garaj, S.; Hubbard, W.; Reina, A.; Kong, J.; Branton, D.; Golovchenko, J. A. Nature 2010, 467(7312), 190.
[18]  Xu, W. G.; Ling, X.; Xiao, J. Q.; Dresselhaus, M. S.; Kong, J.; Xu, H. X.; Liu, Z. F.; Zhang, J. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2012, 109(24), 9281.
[19]  Li, X. L.; Zhang, G. Y.; Bai, X. D.; Sun, X. M.; Wang, X. R.; Wang, E.; Dai, H. J. Nat. Nanotechnol. 2008, 3(9), 538.
[20]  Eda, G.; Fanchini, G.; Chhowalla, M. Nat. Nanotechnol. 2008, 3(5), 270.
[21]  Tung, V. C.; Allen, M. J.; Yang, Y.; Kaner, R. B. Nat. Nanotechnol. 2009, 4(1), 25.
[22]  Liu, Z. F.; Liu, N.; Fu, L.; Dai, B. Y.; Yan, K.; Liu, X.; Zhao, R. Q.; Zhang, Y. F. Nano Lett. 2011, 11(1), 297.
[23]  Lin, Y. M.; Dimitrakopoulos, C.; Jenkins, K. A.; Farmer, D. B.; Chiu, H. Y.; Grill, A.; Avouris, P. Science 2010, 327(5966), 662.
[24]  Petrone, N.; Dean, C. R.; Meric, I.; van der Zande, A. M.; Huang, P. Y.; Wang, L.; Muller, D.; Shepard, K. L.; Hone, J. Nano Lett. 2012, 12(6), 2751.
[25]  Banerjee, B. C.; Walker, P. L.; Hirt, T. J. Nature 1961, 192(480), 450.
[26]  Karu, A. E.; Beer, M. J. Appl. Phys. 1966, 37(5), 2179.
[27]  Gamo, Y.; Nagashima, A.; Wakabayashi, M.; Terai, M.; Oshima, C. Surf. Sci. 1997, 374(1~3), 61.
[28]  Wu, M. C.; Xu, Q.; Goodman, D. W. J. Phys. Chem 1994, 98(19), 5104.
[29]  Ueta, H.; Saida, M.; Nakai, C.; Yamada, Y.; Sasaki, M.; Yamamoto, S. Surf. Sci. 2004, 560(1~3), 183.
[30]  Coraux, J.; N'Diaye, A. T.; Busse, C.; Michely, T. Nano Lett. 2008, 8(2), 565.
[31]  Artyukhov, V. I.; Liu, Y. Y.; Yakobson, B. I. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2012, 109(38), 15136.
[32]  Zhang, C. H.; Fu, L.; Liu, N.; Liu, M. H.; Wang, Y. Y.; Liu, Z. F. Adv. Mater. 2011, 23(8), 1020.
[33]  Dai, B. Y.; Fu, L.; Zou, Z. Y.; Wang, M.; Xu, H. T.; Wang, S.; Liu, Z. F. Nat. Commun. 2011, 2, 522
[34]  Gao, J. H.; Ishida, N.; Scott, I.; Fujita, D. Carbon 2012, 50(4), 1674.
[35]  Wang, H. B.; Maiyalagan, T.; Wang, X. ACS Catal. 2012, 2(5), 781.
[36]  Reina, A.; Thiele, S.; Jia, X. T.; Bhaviripudi, S.; Dresselhaus, M. S.; Schaefer, J. A.; Kong, J. Nano Res. 2009, 2(6), 509.
[37]  Zhang, Y. F.; Gao, T.; Xie, S. B.; Dai, B. Y.; Fu, L.; Gao, Y. B.; Chen, Y. B.; Liu, M. X.; Liu, Z. F. Nano Res. 2012, 5(6), 402.
[38]  Zhang, Y.; Gomez, L.; Ishikawa, F. N.; Madaria, A.; Ryu, K.; Wang, C. A.; Badmaev, A.; Zhou, C. W. J. Phys. Chem. Lett. 2010, 1(20), 3101.
[39]  Yoshii, S.; Nozawa, K.; Toyoda, K.; Matsukawa, N.; Odagawa, A.; Tsujimura, A. Nano Lett. 2011, 11(7), 2628.
[40]  Iwasaki, T.; Park, H. J.; Konuma, M.; Lee, D. S.; Smet, J. H.; Starke, U. Nano Lett. 2011, 11(1), 79.
[41]  Ago, H.; Ito, Y.; Mizuta, N.; Yoshida, K.; Hu, B.; Orofeo, C. M.; Tsuji, M.; Ikeda, K.; Mizuno, S. ACS Nano 2010, 4(12), 7407.
[42]  Geim, A. K.; Novoselov, K. S. Nat. Mater. 2007, 6(3), 183.
[43]  Berger, C.; Song, Z. M.; Li, T. B.; Li, X. B.; Ogbazghi, A. Y.; Feng, R.; Dai, Z. T.; Marchenkov, A. N.; Conrad, E. H.; First, P. N.; de Heer, W. A. J. Phys. Chem. B 2004, 108(52), 19912.
[44]  Berger, C.; Song, Z. M.; Li, X. B.; Wu, X. S.; Brown, N.; Naud, C.; Mayou, D.; Li, T. B.; Hass, J.; Marchenkov, A. N.; Conrad, E. H.; First, P. N.; de Heer, W. A. Science 2006, 312(5777), 1191.
[45]  Emtsev, K. V.; Bostwick, A.; Horn, K.; Jobst, J.; Kellogg, G. L.; Ley, L.; McChesney, J. L.; Ohta, T.; Reshanov, S. A.; Rohrl, J.; Rotenberg, E.; Schmid, A. K.; Waldmann, D.; Weber, H. B.; Seyller, T. Nat. Mater. 2009, 8(3), 203.
[46]  Reina, A.; Jia, X. T.; Ho, J.; Nezich, D.; Son, H. B.; Bulovic, V.; Dresselhaus, M. S.; Kong, J. Nano Lett. 2009, 9(1), 30.
[47]  Kim, K. S.; Zhao, Y.; Jang, H.; Lee, S. Y.; Kim, J. M.; Kim, K. S.; Ahn, J. H.; Kim, P.; Choi, J. Y.; Hong, B. H. Nature 2009, 457(7230), 706.
[48]  Li, X. S.; Cai, W. W.; An, J. H.; Kim, S.; Nah, J.; Yang, D. X.; Piner, R.; Velamakanni, A.; Jung, I.; Tutuc, E.; Banerjee, S. K.; Colombo, L.; Ruoff, R. S. Science 2009, 324(5932), 1312.
[49]  Di, C. A.; Wei, D. C.; Yu, G.; Liu, Y. Q.; Guo, Y. L.; Zhu, D. B.Adv. Mater. 2008, 20(17), 3289.
[50]  Yu, Q. K.; Lian, J.; Siriponglert, S.; Li, H.; Chen, Y. P.; Pei, S. S. Appl. Phys. Lett. 2008, 93(11), 113103.
[51]  Li, X. S.; Cai, W. W.; Colombo, L.; Ruoff, R. S. Nano Lett. 2009, 9(12), 4268.
[52]  McLellan, R. B. Scripta Metallurgica 1969, 3(6), 389.
[53]  Lopez, G. A.; Mittemeijer, E. Scripta Mater. 2004, 51(1), 1.
[54]  Bi, H.; Huang, F. Q.; Zhao, W.; Lu, X. J.; Chen, J.; Lin, T. Q.; Wan, D. Y.; Xie, X. M.; Jiang, M. H. Carbon 2012, 50(8), 2703.
[55]  McLean, D. Grain Boundaries in Metals, London, 1957.
[56]  Liu, X.; Fu, L.; Liu, N.; Gao, T.; Zhang, Y. F.; Liao, L.; Liu, Z. F. J. Phys. Chem. C 2011, 115(24), 11976.
[57]  Hagstrom, S.; Lyon, H.; Somorjai, G. Phys. Rev. Lett. 1965, 15(11), 491.
[58]  Lyon, H. B. J. Chem. Phys. 1967, 46(7), 2539.
[59]  May, J. W. Surf. Sci. 1969, 17, 267.
[60]  Shelton, J. C.; Patil, H. R.; Blakely, J. M. Surf. Sci. 1974, 43(2), 493.
[61]  Hamilton, J. C.; Blakely, J. M. Surf. Sci. 1980, 91(1), 199.
[62]  Marchini, S.; Gunther, S.; Wintterlin, J. Phys. Rev. B 2007, 76(7), 075429.
[63]  Nie, S.; Walter, A. L.; Bartelt, N. C.; Starodub, E.; Bostwick, A.; Rotenberg, E.; McCarty, K. F. ACS Nano 2011, 5(3), 2298.
[64]  Odahara, G.; Otani, S.; Oshima, C.; Suzuki, M.; Yasue, T.; Koshikawa, T. Surf. Sci. 2011, 605(11~12), 1095.
[65]  Sutter, P. W.; Flege, J. I.; Sutter, E. A. Nat. Mater. 2008, 7(5), 406.
[66]  Pan, Y.; Zhang, H. G.; Shi, D. X.; Sun, J. T.; Du, S. X.; Liu, F.; Gao, H. J. Adv. Mater. 2009, 21(27), 2739.
[67]  Starodub, E.; Maier, S.; Stass, I.; Bartelt, N. C.; Feibelman, P. J.; Salmeron, M.; McCarty, K. F. Phys. Rev. B 2009, 80(23), 235422.
[68]  McCarty, K. F.; Feibelman, P. J.; Loginova, E.; Bartelt, N. C. Carbon 2009, 47(7), 1806.
[69]  Cui, Y.; Fu, Q.; Bao, X. H. Phys. Chem. Chem. Phys. 2010, 12(19), 5053.
[70]  Murata, Y.; Nie, S.; Ebnonnasir, A.; Starodub, E.; Kappes, B. B.; McCarty, K. F.; Ciobanu, C. V.; Kodambaka, S. Phys. Rev. B 2012,85(20), 205443.
[71]  Gao, J. H.; Sagisaka, K.; Kitahara, M.; Xu, M. S.; Miyamoto, S.; Fujita, D. Nanotechnology 2012, 23(5), 055704.
[72]  Xu, M. S.; Fujita, D.; Sagisaka, K.; Watanabe, E.; Hanagata, N. ACS Nano 2011, 5(2), 1522.
[73]  Pollard, A. J.; Nair, R. R.; Sabki, S. N.; Staddon, C. R.; Perdigao, L. M. A.; Hsu, C. H.; Garfitt, J. M.; Gangopadhyay, S.; Gleeson, H. F.; Geim, A. K.; Beton, P. H. J. Phys. Chem. C 2009, 113(38), 16565.
[74]  Garaj, S.; Hubbard, W.; Golovchenko, J. A. Appl. Phys. Lett. 2010, 97(18), 183103.
[75]  Jiao, L. Y.; Fan, B.; Xian, X. J.; Wu, Z. Y.; Zhang, J.; Liu, Z. F. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130(38), 12612.
[76]  Zhao, R. Q.; Zhang, Y. F.; Gao, T.; Gao, Y. B.; Liu, N.; Fu, L.; Liu, Z. F. Nano Res. 2011, 4(7), 712.
[77]  Hofrichter, J.; Szafranek, B. N.; Otto, M.; Echtermeyer, T. J.; Baus, M.; Majerus, A.; Geringer, V.; Ramsteiner, M.; Kurz, H. Nano Lett. 2010, 10(1), 36.
[78]  Zheng, M.; Takei, K.; Hsia, B.; Fang, H.; Zhang, X. B.; Ferralis, N.; Ko, H.; Chueh, Y. L.; Zhang, Y. G.; Maboudian, R.; Javey, A. Appl. Phys. Lett. 2010, 96(6), 063110.
[79]  Amini, S.; Garay, J.; Liu, G. X.; Balandin, A. A.; Abbaschian, R. J. Appl. Phys. 2010, 108(9), 094321.
[80]  Schwierz, F. Nat. Nanotechnol. 2010, 5(7), 487.
[81]  Zhang, Y. B.; Tang, T. T.; Girit, C.; Hao, Z.; Martin, M. C.; Zettl, A.; Crommie, M. F.; Shen, Y. R.; Wang, F. Nature 2009, 459(7248), 820.
[82]  Taychatanapat, T.; Watanabe, K.; Taniguchi, T.; Jarillo-Herrero, P. Nat. Phys. 2011, 7(8), 621.
[83]  Mattevi, C.; Kim, H.; Chhowalla, M. J. Mater. Chem. 2011, 21(10), 3324.
[84]  Rasool, H. I.; Song, E. B.; Allen, M. J.; Wassei, J. K.; Kaner, R. B.; Wang, K. L.; Weiller, B. H.; Gimzewski, J. K. Nano Lett. 2011, 11(1), 251.
[85]  Chen, S. S.; Cai, W. W.; Piner, R. D.; Suk, J. W.; Wu, Y. P.; Ren, Y. J.; Kang, J. Y.; Ruoff, R. S. Nano Lett. 2011, 11(9), 3519.
[86]  Wan, D. Y.; Lin, T. Q.; Bi, H.; Huang, F. Q.; Xie, X. M.; Chen, I. W.; Jiang, M. H. Adv. Funct. Mater. 2012, 22(5), 1033.
[87]  Lee, S.; Lee, K.; Zhong, Z. H. Nano Lett. 2010, 10(11), 4702.
[88]  Yan, K.; Peng, H. L.; Zhou, Y.; Li, H.; Liu, Z. F. Nano Lett. 2011, 11(3), 1106.

Full-Text

Contact Us

service@oalib.com

QQ:3279437679

WhatsApp +8615387084133