北极星智能电网在线讯:石墨烯缺陷与其性质关系密切，为了让石墨烯具有某些特点以实现特定用途，需要对石墨烯缺陷进行调控。在调控方法中，有些是为了增加石墨烯活性或者裁剪石墨烯构建纳米设备，因此需要制造石墨烯缺陷；有些则是为了提高石墨烯晶体有序化，因此需要减小石墨烯缺陷。
1如何制造石墨烯缺陷？
目前，石墨烯的本征缺陷和外引入缺陷均可以使用实验方法进行制造。相比较而言，外引入缺陷在实验上更便于操作，这是由于外引入缺陷可以通过化学试剂和石墨烯作用得到，只要所用的化学试剂在某种条件下足够活泼，就可以实现与石墨烯的反应，反应的结果是其他杂原子被引入到石墨烯上。这类方法中最典型的是向石墨烯中引入含氧官能团，即氧化石墨烯的制备，此外还有通过等离子体气氛向石墨烯中引入氮原子缺陷或者使用含有硼的化合物高温下与石墨烯作用向石墨烯中引入硼原子的方法等。
当然，针对于制造石墨烯本征缺陷的研究也正在进行，这样的研究出现了两类方法。一类为利用高能粒子束轰击石墨烯表面，使得石墨烯上碳原子达到溢出能量而丢失，从而制造缺陷。例如，使用氩离子束，可以在石墨烯上裁剪出本征缺陷空洞，这样的方法在构建石墨烯纳米设备上具有很好的前景。另外一类则是使用化学的方法，先向石墨烯上负载具有催化活性的金属原子，然后利用某一气氛下，金属原子催化石墨烯上碳原子反应而成为气体溢出，从而制造本征缺陷。例如，使用铂原子负载于石墨烯上，而后在氢气气氛下加热至1000°C，利用铂催化碳原子与氢气反应形成甲烷创造缺陷，这样加工的石墨烯由于缺陷处存在悬键而具有很高的吸附活性，有望作为二氧化碳储存材料应用。
2如何减少或消除石墨烯的缺陷？
如果想要减少石墨烯缺陷，可以从两个角度考虑。其一为使用合适的制备方法，使得制备出的石墨烯本身就具有较低的缺陷浓度；其二则是对已经含有较多缺陷的石墨烯进行缺陷修复，减少缺陷。
在制备方法上，目前可以较大量制备低缺陷石墨烯的方法是利用金属表面催化碳源生长石墨烯的方法。在这类方法中，可被利用的金属表面有Co，Ru，Pt，Ir，Cu，Ni等，碳源则一般选择气态碳氢化合物，如甲烷，乙烯，乙炔或者上述气体与氢气的混合气。早期的碳源选择局限于气体，在某种程度上限制了该方法的应用，2010年，有研究报道了使用固态碳源在Cu表面制备石墨烯的方法，为金属表面催化制备石墨烯走向实用提供了新的思路。
该方法的具体操作步骤为：将聚甲基丙烯酸甲酯涂覆在Cu表面，而后送入800-1000°C的氢气/氩气混合气氛中停留10min，石墨烯即可生长于金属表面。这样制备出的石墨烯在拉曼光谱中表现出很低的缺陷峰强度。使用金属催化法制备的石墨烯缺陷很低，是一种很有前景的石墨烯缺陷控制方案，但是，如何将制备好的石墨烯从金属表面简单的无损坏或者低损坏的剥离，从而实现广泛的应用，还需要更深入的研究。另外，最近研究发现使用超声技术在液相中剥离石墨可获得低缺陷的石墨烯，随着研究的深入，这种方法剥离的石墨烯产量在不断提高，有望成为一种新的低缺陷石墨烯大量制备的方法。目前该思路集中于研究液相剥离溶剂和助剂的选择。
使用Hummers法制备的氧化石墨烯，由于具有多种含氧缺陷而在性质上与石墨烯相差很大。为了使氧化石墨烯恢复石墨烯在电学，磁学，力学等方面的特性，必须对其进行后期缺陷修复。一种简单的思路是：将其上的含氧官能团利用还原的方法去除，从而在一定程度上恢复石墨烯长程共轭π键及均匀的电子云分布。去除氧化石墨烯上含氧官能团，可以使用很多方法，如高温热还原法，化学还原剂还原法，电化学还原法，光催化还原法，水/溶剂热还原法及微波还原法。其中高温热还原及化学还原剂还原是最为常见的还原方法，这是因为两种方法都比较易于操作，尤其是化学还原剂可选种类繁多。
当然，针对不同的用途，对于化学还原剂的选择有一定限制。例如，如果想要还原氧化石墨烯薄膜从而制备石墨烯薄膜，使用肼或者硼氢化钠这种强还原剂会由于剧烈的反应使薄膜碎裂，从而导致石墨烯薄膜制备失败，在这种情况下，氢碘酸将是一种更合理的选择，用其还原得到的石墨烯薄膜电导率很高，可以达到298S/cm，且具有光透性。
虽然上述各种还原方法均可以在一定程度上减少石墨烯外原子氧引入缺陷，但是外引入缺陷的移除往往伴随着碳原子的丢失，从而形成本征缺陷。这将导致还原法制备的石墨烯，在拉曼光谱测试中，ID（代表缺陷结构的峰强度）与IG（代表规整石墨烯结构的峰强度）比值基本没有变化，甚至比值增大。最近的一项研究较好的解决了这一问题，该研究将氧化石墨烯置于等离子甲烷中，移除外引入缺陷的同时修复了丢失碳原子的石墨烯区域，使得得到的石墨烯在外引入缺陷减少的同时，本征缺陷得到修复。
