俄羅斯科學家已經發現，為(wei) 什麽(me) 氧化石墨烯不隻是在高溫下燃燒，而是為(wei) 一種有前途且廉價(jia) 的石墨烯生產(chan) 方法打開了大門。這項研究發表在《Carbon》雜誌上。

自從(cong) 石墨烯實驗研究獲得諾貝爾獎已經過去了十多年，但科學家們(men) 仍然沒有找到一種方法來獲得高質量的大麵積石墨烯，這種石墨烯將廉價(jia) 、高效且可擴展，以滿足工業(ye) 需求。通過激光輻照從(cong) 氧化石墨烯中還原石墨烯似乎是一種很有前途的方法：通過使用化學方法從(cong) 普通石墨中製備氧化石墨烯，激光輔助還原技術在成本和材料質量可控性方麵具有很大的前景。

幾年前，Skoltech的一組研究人員發現，即使在大氣條件下，將氧化石墨烯加熱到3300-3800 K，也可以生產(chan) 出質量相當高的石墨烯。

Nikita Orekhov說：“這一結果讓我們(men) 的同事們(men) 大吃一驚：溫度非常高，但他們(men) 獲得了結構良好的材料。碳材料在600-800 K或更高溫度的大氣氧氣中很容易燃燒，而在更高溫度的實驗中，石墨烯獲得了良好的結構性能。”麻省理工學院凝聚態物理超級計算機方法實驗室副主任Nikita Orekhov說,“為(wei) 了找出產(chan) 生這種意想不到的效果的原因，我們(men) 決(jue) 定使用超級計算機原子模型研究高溫氧化石墨烯的還原過程，並在我們(men) 同事的實驗設計之後進行額外的研究。”

在激光脈衝(chong) 的作用下，石墨烯薄片邊界處紅色標記的碳原子“燒壞”。B -在石墨烯片的中心區域，退火發生:石墨烯排列在正確的穩定結構。來源：N.D. Orekhov 等

研究人員發現，一方麵，在高溫下(T>3000k)氣體(ti) 環境中的氧原子與(yu) 石墨烯相互作用，氧化並破壞石墨烯。另一方麵，晶格的快速退火開始在相同的溫度，這允許消除缺陷。在退火過程中，晶格結構變直而不是解體(ti) 。

在不同的激光速度和脈衝(chong) 重複頻率下，rGO陣列的溫度和I(G)/I(D)比值曲線減小。

“事實證明，暴露在激光脈衝(chong) 下的材料的不同位置同時發生了兩(liang) 個(ge) 相反的過程:燃燒或破壞集中在石墨烯薄片的缺陷和邊界附近，那裏的碳原子具有最活躍的化學活性，而退火主要發生在薄片的中心，那裏的原子傾(qing) 向於(yu) 恢複到穩定的構型。”Skoltech材料技術中心(CMT)的首席研究科學家Stanislav Evlashin說。

這些發現揭示了氧化石墨烯在極端溫度下的行為(wei) ，在這種溫度下，直接的實驗幾乎是不可能的。理解本文所述的工藝有助於(yu) 進一步開發和優(you) 化獲得大麵積單晶高質量石墨烯的方法。

GO的原子結構(a)和熱態方案(b)。在不同溫度下，模擬過程中總原子數(c)、碳原子數(d)和氧原子數(e)的時間演化。碳、氧和氫的原子分別用藍色、紅色和灰色表示。

來源：Mechanism of graphene oxide laser reduction at ambient conditions:Experimental and ReaxFF study, Carbon (2022). DOI:10.1016/j.carbon.2022.02.018；Controllable LaserReduction of Graphene Oxide Films for Photoelectronic Applications, ACSApplied Materials & Interfaces (2016). DOI:10.1021/acsami.6b10145