image: （左）醋酸铜辅助生长石墨烯示意图；（右）水伏发电器件构型示意图 view more
Credit: ©《中国科学》杂志社
近日，《国家科学评论》在线发表了北京大学刘忠范教授、苏州大学孙靖宇教授和南京航空航天大学郭万林教授的合作研究成果，该研究团队报道了一种利用金属助剂辅助实现晶圆级绝缘衬底上石墨烯的高品质无转移生长的方法。同时基于此石墨烯的水伏发电器件表现出了较高的输出电压及优异的长循环稳定性。
制备决定未来，在介电衬底上直接生长高品质石墨烯对于石墨烯真正走向应用至关重要。然而，由于缺乏衬底的催化活性，直接生长的石墨烯往往存在结晶品质低、缺陷多、层数均匀性差等问题，阻碍了其进一步应用，晶圆级绝缘衬底上石墨烯的直接生长仍存在巨大挑战。传统的金属催化的方法如远程金属催化，存在无法放大、金属残留等问题。
基于此，该研究团队利用含金属前驱体醋酸铜提供铜团簇，以实现石墨烯生长过程中的金属催化，来辅助石墨烯在绝缘衬底上的直接生长。通过独立的加热系统使醋酸铜挥发，将其输送到反应腔体中，在高温下裂解得到铜团簇。铜团簇能够显著降低甲烷的裂解能垒，实现碳源的充分裂解。该方法得到的石墨烯无铜残留，具有较高的结晶质量，多层区域得以抑制，并显示出高载流子迁移率。
该研究团队进一步制作了基于直接生长石墨烯的水伏发电器件，与转移石墨烯的水伏发电器件做对比，该器件表现出了较高的输出电压及优异的循环稳定性。该工作展示了直接生长石墨烯在智能窗与水伏发电上的应用前景。
研究详情请见原文：
Copper acetate-facilitated transfer-free growth of high-quality graphene for hydrovoltaic generators
https://doi.org/10.1093/nsr/nwab169
Journal
National Science Review