过去几年，尽管CVD合成粉体石墨烯材料取得了巨大进展，但其初始成核和生长机制仍需要进行大量研究。关于生长机制，模板的成分和表面特征是影响粉体石墨烯材料的内在性质和几何形貌的关键因素。

（1）金属辅助CVD合成。到目前为止，金属催化CVD途径下的石墨烯生长机制已经确立。通常，金属催化剂有助于碳源（碳氢化合物）的分解和石墨烯晶畴的成核/生长。在本章中，粉体石墨烯材料（即泡沫、粉末）的金属催化CVD生长被认为是遵循表面诱导的自限性生长机制（例如铜）或碳分离/沉积机制（例如镍），类似于基于平面金属基底的完善的CVD路线。在两种典型路线中，石墨烯的层数可以控制在单层到几层。

（2）非金属辅助CVD合成。与金属辅助CVD合成不同，粉体石墨烯材料在电介质（例如MgO、Al 2 O 3 、SiO 2 、CaO）和半导体（例如Si、SiC）模板上的无催化剂生长机制仍然不清楚。有人提出了一种氧辅助的生长机理，其中氧化物颗粒（如SiO 2 ）的富氧表面能够通过降低烃类高温分解过程中的吸附能，以此来增强对CH x 物种的捕获，从而大大促进了石墨烯的成核和生长。然而，也有报道称，甲烷分解可以将Al 2 O 3 （或SiO 2 ）表面部分还原成缺氧的氧化物（例如非化学计量的AlO x 或SiO x ）。在缺氧氧化物表面上形成Al—O—C和Al—C键（或Si—O—C和Si—C键）可以产生石墨烯的成核位点。从氧化物表面和进入的烃类分子之间的电荷转移角度来看，氧化物缺陷上的悬挂键可以催化烃类的分解，并通过与目标分子之间的电子接受或供给来促进成核过程的进行。因此，非金属辅助石墨烯生长的机制与氧化物的氧外露或氧缺位有关。

另外，石墨烯的生长还与其他反应动力学参数有关，如成核密度和晶畴生长速率。所有这些因素都取决于沿固体表面的边界层的物质传输过程和表面反应过程之间的竞争。对于气态气氛中的非金属基底，由于缺少金属催化剂的作用，表面吸附速率和碳在晶畴边缘处的附着都受到很大限制。因此，物质传输过程占主导地位，会导致成核密度增加和层厚度增加，这与三维非金属衬底上总是产生小晶畴的少层石墨烯的现象相一致。

（3）等离子体增强CVD合成。为了理解在没有金属催化剂的情况下石墨烯的生长行为，人们还探索了PECVD的合成过程。Jiang等提出石墨烯纳米墙的垂直生长机制涉及以下过程：由随机堆叠的石墨烯纳米晶畴组成的中间层的形成和后续遵循Stranski-Krastanov生长模型的石墨烯垂直排列的外延生长。

简而言之，在金属催化的石墨烯CVD生长的理论和实验研究方面都取得了很大进展。然而，关于石墨烯在非金属基底上无催化剂生长机理的争论尚未得到令人信服的解释。因此，理解和调控石墨烯在非金属基底上的复杂生长行为，对于进一步提高无催化剂CVD生长石墨烯材料的质量是非常必要的。 K9m/i2tDMd9Cego23IBuaalKNyRpAa2qMChOTeA7KjtHrrmFsoP0nRxyDcG/17Bo