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在材料的合成過程中產生的雜質對所獲得產品的固有特性和器件性能產生不利影響。在石墨烯中，這種影響尤其明顯，考慮到石墨烯的二維性，表面污染長期以來一直是一個關鍵的、尚未解決的問題。在這里，我們報告了石墨烯表面污染的起源，石墨烯的表面污染主要源于高溫下化學氣相沉積生產，而不是在轉移和存儲過程中。在本文，我們展示了可擴展生產超凈石墨烯（> 99％干凈區域）的Cu基板體系結構的設計。易于獲得的超清潔石墨烯片有助于提高光學透明性和導熱性，極低的電接觸電阻和固有的親水性。這項工作不僅為石墨烯的生長開辟了前沿領域，而且為將如此獲得的超潔凈石墨烯薄膜用于先進應用提供了機會
Figure 1. （a）石墨烯CVD生長期間，sp2鍵合石墨烯的形成與富缺陷的無定形碳（a-c）之間的競爭；（b）生長后在銅箔上新鮮制備的石墨烯的AFM圖像；（c）通常生長的石墨烯表面的TEM圖像；插圖：具有原子分辨率的干凈和受污染區域的HRTEM圖像；（d）使用Lorentzian線擬合分析不干凈石墨烯樣品中不干凈（藍線）和干凈（紅線）石墨烯區域的TERS光譜，以及同一區域（暗青色線）中石墨烯的原位遠場拉曼光譜；插圖：平滑后D波段強度的TERS映射；（e）來自正常甲烷（藍色）和13C標記甲烷（紅色）生長的石墨烯受污染區域的D和G帶位置的統計數據；插圖：同位素標記石墨烯的代表性TERS光譜；（f）TiO2可視化后的0.3 m×1-m大小的不清潔石墨烯的照片，iPad被用作尺寸參考；插圖：TiO2顆粒修飾的石墨烯表面的暗場光學顯微鏡（OM）圖像；比例尺：100μm。
Figure 2. （a）實驗設計的示意圖；插圖：銅箔和泡沫之間的間隙中銅與甲烷的相互作用；（b）生長后在銅箔上新鮮制備的清潔石墨烯的AFM圖像；（c）超清潔石墨烯膜的TEM圖像；插圖：石墨烯的HRTEM圖像；（d）吸附在超潔凈石墨烯和不潔凈石墨烯上不同位置的TiO2顆粒數量，誤差線代表相對偏差；插圖：TiO2可視化后的米級超潔凈石墨烯的照片；（e）在有（紅色線）和沒有（藍色線）Cu泡沫的輔助下，在CVD長期間在邊界層中收集的Cu納米顆粒上的碳納米顆粒（C sp。）的拉曼光譜；黃色和藍色矩形分別代表無定形碳和石墨烯相關的拉曼峰。
Figure 3. 轉移到目標基材上后，石墨烯表面非常干凈：在SiO2/Si襯底上轉移的（a）不清潔石墨烯和（b）的AFM圖像；（c）SiO2基材上超潔凈石墨烯（灰色，紅色線）和片狀石墨烯（黑色，藍色線）的高度直方圖，超清潔石墨烯的數據是從（b）圖中獲得的；（d）去除2H-PMMA后，SiO2/Si襯底上轉移的超凈（紅線）和受污染的石墨烯（藍線）的ToF-SIM光譜圖；插圖（左）：2H-PMMA的結構式；插圖（右）：從ToF-SIMS結果獲得的超凈（紅色）和受污染的石墨烯（藍色）的2H-峰強度的統計數據。
Figure 4. 超清潔石墨烯的光電性能：（a）石英襯底上單層、雙層和三層超凈石墨烯薄膜的紫外可見光譜；插圖：將大面積超清潔石墨烯和不清潔石墨烯轉移到PET基材上的照片，iPad用作尺寸參考；（b）測得的接觸電阻與柵極電壓的關系；（c）石墨烯電阻隨柵極電壓（Vg）變化的典型曲線圖；插圖：在1.9 K下，磁場強度為5 T時，超潔凈石墨烯的縱貫（Rxx，紅線）和霍爾電阻（Rxy，藍線）。
相關研究成果于2019年由北京大學Hailin Peng和Zhongfan Liu課題組，發表在Nature Communications（https://doi.org/10.1038/s41467-019-09565-4）上。原文：Towards super-clean graphene。
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