下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
最近，过渡金属氧化物（如MnO）已被证明可催化碳氢化合物的分解并促进石墨烯的生长。2018年，Chen等通过直接CVD法实现了石墨烯在MnO纳米棒上的包覆。他们使用水热法制备的MnO纳米棒作为模板来原位生长石墨烯包覆体。一般来说，在1200℃下锰的氧化物只能被还原成MnO而不是金属锰。有趣的是，MnO在甲烷中可根据下述反应被还原为碳化锰
7MnO+10CH
4
Mn
7
C
3
+7CO+20H
2
（1-4）
该反应在常压和高于928℃的条件下可以自发进行。实验过程与常见的CVD类似，首先将合成的MnO纳米棒的粉末均匀分散并放置在一个三温区管式炉里[图1-39（a）]。这些直径为100～200nm、长度为几微米的纳米棒被蓬松地堆叠在一起[图1-39（b）]。管子在纯氩气的气氛下被多次抽真空净化来除去氧气，之后把管子置于大气压力下的氩气气氛（50sccm）中，在60min内加热到1000℃。当温度接近700℃时，将甲烷气流引入管内用来气体渗碳。然后粉末在H 2 /Ar（体积比1∶1）和CH 4 的恒定混合气流下被维持在1000℃来生长石墨烯。高度裸露的MnO纳米棒表面有利于石墨烯层的完全包覆。在生长10min后，浅褐色的MnO粉末变成灰色。石墨烯的结晶度可以通过改变CH 4 浓度来调节，而石墨烯的厚度可以通过改变时间来控制。
图1-39 在MnO上用CVD生长的石墨烯包覆体及其表征
值得注意的是，在1000℃条件下，仅在几分钟之内便可生长具有高结晶度的石墨烯，这与之前报道的关于石墨烯在典型的绝缘基底（例如SiO 2 、Al 2 O 3 ）上利用氧气辅助的生长方法形成鲜明对比。由于MnO和CH 4 反应生成的Mn 7 C 3 相具有较高的催化活性，合成的石墨烯壳的结晶度与金属催化的CVD合成的石墨烯很相近。因此，这种方法也被认为是大规模制备高质量石墨烯外壳的一种很有前景的途径。