我國學者在石墨烯層數可控制備方面取得進展

　　在國家自然科學基金項目（批準號：T2188101）等資助下，北京大學/北京石墨烯研究院劉忠范教授、孫祿釗研究員團隊與合作者在二維材料層數可控外延生長領域取得進展。相關研究成果以“異質催化襯底上石墨烯層數控制同步外延生長（Edge-feeding synchronous epitaxy of layer-controlled graphene films on heterogeneous catalytic substrates）”為題，于2025年7月1日發表在《自然·通訊》（Nature Communications）上。論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-60323-1。

　　二維材料（如石墨烯、六方氮化硼）的物理特性強烈依賴于其原子層數，實現層數精確可控制備是推動其走向產業應用的關鍵。然而，這類材料表面無懸掛鍵，生長機制與傳統體相材料迥異，導致層數均勻性差，難以實現真正的逐層外延，成為制約其規模化制備的核心瓶頸。

　　針對這一挑戰，研究團隊設計并制備了Cu-Cu2O異質催化襯底，提出了“邊緣供碳”“同步外延”的生長策略，利用Cu2O催化劑在石墨烯邊緣同時發揮多重關鍵作用：高效裂解碳源前驅體、促進碳原子向石墨烯生長前沿有效擴散、穩定石墨烯邊緣并約束其初始成核層數，從而誘導多層石墨烯同步成核并實現“齊頭并進”式同步生長，從根本上規避了傳統逐層生長模式中隨機成核所導致的層數不均問題。基于該策略，研究團隊實現了2至7層石墨烯薄膜的精準控制生長，在國際上率先完成了A3尺寸（42 cm × 30 cm）均勻三層石墨烯的批量制備，其層數均勻性超過98%，并表現出卓越的機械強度和轉移完整度。

　　此項研究不僅為二維材料的層數精準可控制備提供了創新方法，也為其在下一代高性能電子器件、量子技術及復合材料等領域的實際應用奠定了堅實的材料基礎。

圖 石墨烯層數可控制備的挑戰與同步外延生長策略