[发明专利]一种常压二段过程催化固体碳源合成石墨烯的方法

摘要

本发明属于碳材料制备技术领域，是石墨烯生产领域，特别涉及一种以固体碳源为前驱体，通过二段反应过程，在常压条件下，利用化学气相沉积(CVD)法合成单层石墨烯，并通过对固体碳源的供给量的精确控制，来实现石墨烯层数控制的新方法。该方法是在常压、较低的温度下，在第一段反应过程中，利用一种催化剂，通入一种可以与固体碳源发生反应的气体，在催化剂的作用下将固体碳源转化为含碳的气体反应物种；在第二反应过程中，前面生成的含碳的气体反应物种通过载气的传输，在金属催化剂的作用下，吸附在金属催化剂表面，经吸附/溶解/扩散/析出等物理化学步骤在金属催化剂表面生成石墨烯。通过该方法我们成功合成了单层石墨烯，并且证实了可以利用此方法通过改变无定形碳源的供给量实现石墨烯层数的控制。

主权项

一种以固体碳源CVD合成石墨烯的方法，其特征在于，利用固态物质沉积技术，在钴膜金属衬底上沉积固体碳源无定形碳，制备出固体碳源/催化剂的双层结构，然后采用常压条件下的二段反应过程制备出石墨烯；在第一反应阶段，设定反应性气体和稀释气体的流量，其中反应性气体H2流量30‑80sccm，稀释气体Ar流量300‑600sccm，将前温区升高至目标温度，然后快速将固体碳源/催化剂的双层结构送入反应区，无定形碳与反应性气体在催化剂的作用下发生化学反应生成含碳的气体物种CxHy；在第二反应阶段，含碳的气体物种CxHy经载气流的保护和输送，在处于下气流方向的后温区的第二种金属催化剂表面裂解，通过碳源溅射时间的调控得到不同层数的石墨烯；反应完毕，将第二种金属催化剂快速冷却至室温得到石墨烯；所述的第二种金属催化剂为金属铜箔。