【光谱实验室：陈中博士 撰文】

【仪器设备：Alpha300R system (Raman, WITec, Germany)】

【地点：4号楼101室 光谱实验室】

【文章来源：Nature Chemistry, 2019, 11, 730–736. Kinetic modulation of graphene growth by fluorine through spatially confined decomposition of metal fluorides.】

近日，发表在《Nature Chemistry》的文章中，北京大学刘开辉，电子科技大学熊杰，韩国蔚山基础科学研究所Feng Ding等人发表了一种利用氟调节三种代表性二维材料(石墨烯、六方氮化硼和WS₂)生长动力学的方法。二维材料具有多种优良的性能，控制其生长是其实际应用的一个重要方面。通常，氢、氧等活性物质是来促进特定的二维材料的快速生长的关键因素。而氟由于其更高的电负性和活性，是非常有潜力的一种调控二维材料生长的元素。然而，氟气的超高反应活性和毒性又限制了其实际应用。研究人员通过分解金属氟化物的方法，在CVD装置的小区域内产生活性氟，即能够达到促进反应目的又不会破坏反应物和反应装置，从而达到控制二维材料生长的目的。

研究人员首先以石墨烯为例，采用碳源同位素标记方法（¹²CH4与¹³CH4）和共聚焦拉曼光谱技术来研究CH₄气流量对石墨烯生长速度的重要影响（图1）。当CVD法在铜箔上生长石墨烯时，通过金属氟化物释放氟可大大加快石墨烯的生长速度(~ 200 μm s−1)，通过高分辨快速拉曼成像系统进行同位素标定成份分析，成功区分出¹²C与¹³C石墨烯的空间分布。

图1. 石墨烯在氟元素的调节下可控生长

图2. 石墨烯畴的结晶度和质量表征

  低能量电子衍射（LEEDs）、扫描隧道显微镜（STM）及球差电镜(AC-STEM)确定了石墨烯层完美的晶型及原子分辨的晶格结构。高的霍尔迁移率证实了石墨烯层的完整性。拉曼光谱上2D/G峰的比例及与D峰的消失也证明了二维材料的高质量特性（图2）。作者通过理论计算表明，推断出石墨烯的快速生长是通过促进甲烷原料的分解来实现的，甲烷原料将吸热生长过程转化为放热生长过程。最后作者也进一步证明了氟的存在也促进了二维六方氮化硼和WS₂的生长（图3）。

图3 .氟的存在同样适用于二维六方氮化硼和WS2的生长

  理化平台光谱实验室已购置此型号的拉曼成像系统，将在2019年11月-12月左右投入使用。相比于文章的配置，我们的焦长升级到600mm, 提高了光谱分辨率，并且还配备了473nm和633nm激光器，不但能完成文中的工作，还能做得更加完善和系统，欢迎广大有需要的研究人员来预约使用。

参考资料：

https://www.nature.com/articles/s41557-019-0290-1