背景介绍
石墨烯的掺杂使得石墨烯的性能得以调整，从而为石墨烯提供了新的性能，提高了石墨烯的性能，拓展了石墨烯的应用潜力，因此石墨烯的掺杂势头不断增强。石墨烯可以使用各种方法进行化学掺杂，例如表面功能化、杂化复合材料（例如纳米粒子修饰）和取代掺杂，其中石墨烯晶格中的碳原子被外来原子取代。理论研究表明，石墨烯可以被铝原子取代掺杂，这在储氢、析氢、超级电容器等领域有着广阔的应用前景。其他理论预测表明，Al取代掺杂石墨烯（AlG）可以作为气体传感器的材料，并催化分解不良材料。然而，到目前为止，制备铝掺杂石墨烯仍然是一个挑战。
研究方法
实验材料使用一种较容易获得且廉价的前驱体，采用半封闭内管（SIT）结构化学气相沉积（CVD）方法来展示一种简单的替代掺杂方法，即生长单层石墨烯的同时铝原子直接嵌入石墨烯晶格中。
成果简介
Mark H Rummeli课题组采用化学气相沉积（CVD）方法实现一个简单的固体前驱体生成高品质，大面积，单层铝掺杂石墨烯，这种合成结果被各种表征方法所证实，包括局部电子能量损失谱（EELS）和详细的高分辨透射电子显微镜（HRTEM）。结果给出了Al原子与石墨烯晶格之间的许多键合结构，其中一些结构在理论上无法预测。此外，所制备的AlG显示出优于其它取代掺杂石墨烯的CO2的捕获能力。
图文导读
图1 化学气相沉积生长示意图
图2 不同生长温度下的拉曼光谱及对应的扫描电子显微图片
图3 145℃生长AlG的XPS和FTIR元素分析
图4 透射电子显微图像及微区电子能量损失谱分析
图5石墨烯中不同Al-C键结构的解析
课题组简介
Mark H Rummeli课题组主要从事利用透射电子显微镜探索新型纳米材料及其结构相关方面的研究工作。现已在国际权威学术期刊如Science, Nature Nanotech, Nature Comm, ACS Nano, Nano Lett, Adv. Mater.等杂志上发表论文360多篇。
http://energy.suda.edu.cn/b2/58/c9713a307800/page.htm
文章信息
Sami Ullah, Yu Liu, Maria Hasan, Wenwen Zeng, Qitao Shi, Xiaoqin Yang, Lei Fu, Huy Q. Ta, Xueyu Lian, Jingyu Sun, Ruizhi Yang, Lijun Liu & Mark H. Rümmeli*. Direct synthesis of large-area Al-doped graphene by chemical vapor deposition: Advancing the substitutionally doped graphene family. Nano Research https://doi.org/10.1007/s12274-021-3655-x.
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