强磁场下石墨烯的CVD制备及化学修饰和功能化研究

Graphene is one of the hottest research topics in the world because of its excellent physical and chemical properties and broad application prospect. Chemical vapor deposition ( CVD ) is a excellent way to produce large area polycrystalline or single-crystalline graphene, but it is still not perfect to effectively control the morphology and structure of graphene, such as grain size and orientation, layer thickness and uniformity. As there is a strong anti-magnetic anisotropy in 2D-graphene, high magnetic field applied in the process of CVD preparation of graphene would cause full impact. In addition, through modification and functionalization of graphene to modulate the electronic structure, graphene derivatives with different structures and properties can be obtained, which will help to extend its applications. In this project, firstly, we plan to grow graphene by CVD and other chemical ways, focusing on the impacts of high magnetic field on the CVD growth process of graphene and its final structure or performance, which is a good example of research on the physical and chemical effect in gas phase reactions by high magnetic field. Secondly, π-conjugated organic molecules and single molecular magnets will be applied to modify graphene, the resulting changes in the structure and electromagnetic properties will be investigated. Any approach lead to the improvement of the performance of graphene-based materials will be explored.

石墨烯以其优异的物理化学性能和广阔的应用前景成为当今科学界的研究热点。化学气相沉积（CVD）法制备出大面积的多晶或单晶石墨烯，但目前如何实现对石墨烯结构和形貌如晶粒尺寸和取向、层厚及均匀性的有效控制，技术上仍不成熟。由于石墨烯具有强的抗磁各向异性，强磁场对CVD法制备石墨烯过程会产生充分的影响。此外，通过对石墨烯进行改性与功能化，调制其电子结构，可得到具有不同结构和性能的石墨烯衍生物，扩展其应用领域。本项目将：（1）采用CVD化学方法生长石墨烯材料，重点研究强磁场对CVD生长过程和石墨烯结构和性能的影响，探索强磁场对气相反应中的物理化学过程的影响。（2）利用p共轭有机分子和单分子磁体在磁场下对石墨烯表面进行修饰，研究由此引起的结构和电磁性质改变，来探索提高石墨烯材料性能的有效途径和发现新的功能特性。

石墨烯及其衍生物具有结构多样性和抗磁各向异性的特点，在物理、电子以及功能材料的研究中具有重要的理论意义和潜在的应用前景。强磁场可以为科学研究提供一种特殊环境，研究处于其中的物质结构和物理化学性能可能发生的任何改变。本项目重点研究在石墨烯及其衍生物的制备过程中施加强磁场，利用强磁场调控配其内部分子的微观结构及磁交换作用，拟探索磁场对石墨烯的合成、结构及磁性的影响。在该项目的支持下，取得了一定的研究结果，主要有：1) 研制能在强磁场下进行CVD制备的反应装置。2) 强磁场对石墨烯的CVD制备影响研究。3) 强磁场对氧化石墨烯掺杂反应的影响研究。4) 强磁场下石墨烯包覆磁性金属纳米晶的制备及微波吸收性能研究。5) 石墨烯的N 型掺杂及其对聚合物场效应晶体管性能的影响。上述研究结果表明，强磁场可以当作一种新颖而有效的手段，调控石墨烯及其复合材料的制备、结构与性能，对开展强磁场下的科学研究具有一定的参考意义。在项目资助下已发表SCI论文1篇，EI论文1篇已接受。项目投入经费25万元，支出21.8471万元，剩余经费3.1529万元，计划用于本项目的后续支出。