石墨烯带的化学裁剪法制备及其拉曼光谱研究

石墨烯带的宽度与边界决定其电学特性，故本项目以制备结构不同的石墨烯带，建立其精细结构的拉曼光谱表征方法为主要研究目标。提出化学裁剪氧化石墨的方法，利用石墨氧化过程中含氧官能团在其表面的选择性修饰营造线缺陷，结合膨胀剥离和超声波产生的剪切作用制备石墨烯带，通过系统研究不同种类石墨的结构及氧化、剥离、后处理、超声裁剪工艺对所制备的石墨烯带结构的影响，揭示石墨烯带的结构控制机制，提高产率和制备可控性；建立石墨烯带宽度和边界构型的拉曼光谱表征方法，阐明边界构型对石墨烯带声子谱的影响，揭示化学裁剪方法制备的石墨烯带的精细结构特征，为其物性和应用探索研究奠定科学基础。

石墨烯带的性质与其宽度和边界结构紧密相关，因此发展石墨烯带的控制制备和精细结构表征方法，宏量获得结构可控的石墨烯带对其基本物理性质研究和应用探索具有重要意义。. 本项目提出了超声化学裁剪氧化石墨烯的方法，宏量制备出宽度为5-100纳米、长达可达数微米的石墨烯带，一定程度上实现了结构控制，并结合理论计算提出了含氧官能团解锁石墨烯制备石墨烯带的裁剪机制；发展了非金属纳米颗粒裁剪石墨烯的方法，实现了石墨烯边界的选择性裁剪，进而制备出具有原子尺度规整边界的石墨烯纳米带等结构；发现并结合理论计算阐释了表征石墨烯带宽度和边界结构的拉曼光谱特征振动模式。此外，基于解锁裁剪机制，发展了微弱氧化、温和剥离方法避免制备过程的裁剪宏量制备出尺寸可达200微米的氧化石墨烯；采用化学气相沉积方法实现了毫米级具有锯齿形边界的正六边形高质量单晶石墨烯的制备，并发明了基于电化学气体插层的鼓泡无损转移新方法，实现了单晶石墨烯到任意基体的无损转移和生长基体的多次重复使用。. 上述研究结果为深入理解化学剥离法控制制备石墨烯带以及石墨烯的边界控制提供了新的信息，也为石墨烯带和具有规整边界的石墨烯结构的基本物理性质研究和实际应用奠定了基础。