1.      氮掺杂类石墨烯锂离子电池电极材料研究获新进展

氮掺杂石墨烯被认为是有应用前景的锂离子电池电极材料之一，理论和实验研究表明，氮掺杂石墨烯的储锂性能很大程度上依赖于氮掺杂量。然而，大量的氮原子掺杂到晶格里会降低其结构稳定性，故电池容量等电化学性能的进一步提高和改善受到限制。

近日，中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室（筹）和化学与材料学院的研究人员通过理论模拟计算，提出了边缘氮掺杂和孔洞额外储锂的思想，并设计出了一种能实现边缘氮掺杂，避免边缘被羧基、羟基修饰的氮掺杂类石墨烯粒子的制备工艺，制备了高氮掺杂的多孔类石墨烯粒子。作为锂离子电池电极材料表现出优异的储锂性能。相关研究成果以“High lithium anodic performance of super-high nitrogen-doped porous carbon prepared from a metal-organic framework”为题发表在《自然·通讯》上（Nat. Commun., 2014， DOI: 10.1038/ncomms6261）。

利用高含氮的金属有机骨架化合物ZIF-8为前驱物在惰性气氛中焙烧一步法制备了高氮掺杂的类石墨烯粒子。这种方法能有效地避免类石墨烯粒子边缘易生成羟基、羧基、环氧基等官能团，有利于氮原子在石墨烯晶格内及边缘掺杂，提高掺杂量，如800 ℃制备的样品其氮含量达17.72 wt%。此外，焙烧后所形成的类石墨烯粒子聚集体内含大量孔洞，其内表面富含吡啶、吡咯型氮掺杂原子，理论模拟计算表明，这种孔洞可以提供额外的储锂容量。另外，这种特殊的孔道结构，有利于充放电循环过程中锂离子和电解质的传输，大大提高了锂离子的迁移速率。这些结构优点使所制备的氮掺杂类石墨烯粒子的电化学性能得到了较大的提高，容量和循环稳定性都优于目前文献报道的氮掺杂碳材料，有潜在的应用前景。

（来源：中国科学技术大学；http://news.ustc.edu.cn/xwbl/201411/t20141117_205317.html ） 

2.      缺陷密度调控石墨烯电化学活性取得新进展

近日，厦门大学化学化工学院任斌教授课题组与詹东平教授课题组合作，在利用缺陷密度调控石墨烯电化学活性方面取得重要进展，相关结果以“Quantitative Correlation between Defect Density and Heterogeneous Electron Transfer Rate of Single Layer Graphene”为题以全文方式发表于10月28日在线出版的《美国化学会志》上（J. Am. Chem. Soc., DOI: 10.1021/ja508965w）。

石墨烯是一种重要的新兴电极材料，完美单层石墨烯的态密度在狄拉克点（无掺杂石墨烯的费米能级）附近趋于零，其电化学活性低。因此，提高其电化学活性对于其电化学应用极为关键。该课题组通过电子束微加工方法在同一片单层石墨烯表面图案化构筑阵列石墨烯电极，采用Ar离子轰击方法在其表面构筑出不同密度点空位缺陷，利用拉曼光谱和扫描电化学显微镜在完全相同的条件下系统、定量地研究了缺陷密度与石墨烯电化学活性之间的关联。发现随着缺陷密度的增加，石墨烯电化学活性先提升后减弱，并在两个点缺陷的间距约为2 nm时获得最佳电化学活性。理论计算表明，点缺陷可使石墨烯狄拉克点附近形成一个态密度与缺陷密度成正比的中间态，提升石墨烯的电化学活性。而过高的点缺陷将导致石墨烯导电性下降。因此，2 nm间距的点缺陷密度使得石墨烯处于电子激活且结构依然保持完整的临界状态。

缺陷密度调控的策略不仅对于石墨烯在电化学及相关领域的应用具有指导意义，同时也为其他二维薄层材料的性能调控提供借鉴。

（来源：厦门大学化学化工学院；http://chem.xmu.edu.cn/show.asp?id=1377）

3.      可调节形状大小的石墨烯3D打印电池

近日，一家名为Graphene3DLab的公司3D打印电池。这种电池能够制成任何你想要的形状，所提供电量等同于一节AA电池。Graphene3DLab是一家由石墨烯行业巨头Lomiko Metals与石墨烯实验室(Graphene Laboratories)共同成立的公司。公司工作的重点是加强基于石墨烯的3D打印材料的研发和生产。发布了一段视频，展示了他们用石墨烯材料制成的

另外，2014年10月23日，在美国圣克拉拉举行的Inside3DPrinting会议上Daniel Stolyarov介绍了有关3D打印石墨烯电池技术开发的这一新进展。

根据视频里对这种电池技术的描述，石墨烯的材料可能超越常规电池，还有专门的设计，3D打印机可以将石墨烯电池打印到物体中期，而且电池设计的形状、大小都是可调节的。

　　据悉，该公司已于9月2日宣布向美国专利和商标局提交3D打印石墨烯电池的专利申请。

另外，石墨烯能够很容易地与FDM3D打印技术所用的热塑性材料相融合，该公司联合创始人兼首席技术官Daniel Stolyarov表示，他们希望能够在今年年底为消费者提供石墨烯增强3D打印材料。目前Graphene3DLab正在设计塑料和石墨烯的配比，从而制造出一种能够用于3D打印的纳米复合材料，以供他们制造各种各样的产品。

（来源：cnbeta；http://www.cnbeta.com/articles/340685.htm）

4.      半导体所多层转角石墨烯的层间耦合研究获进展

  　　石墨烯具有优良的电学性能和光学性能，因此被期待可用来发展更薄、导电速度更快的新一代电子元件、晶体管和光电器件。将石墨烯堆叠起来可以得到多层石墨烯。除了具有和体石墨相同的Bernal堆垛(即AB堆垛)方式的多层石墨烯之外，还可以在实验室制备或者合成出不同石墨烯片层取向随机的多层石墨烯-多层转角石墨烯。堆垛方式的差异有可能导致石墨烯片层不同的层间耦合，从而影响其电子能带结构。因此不同层数的多层转角石墨烯就有可能有着各种各样的光电性质。

　　研究声子振动模的拉曼光谱是表征石墨烯材料的最有效的技术手段之一。层间剪切声子模是多层石墨烯材料区别于单层石墨烯的独特声子振动模。中国科学院半导体研究所谭平恒研究员研究组已在2012年首先观察到此振动模[Nature Materials 11, 294-300 (2012)]。由于此振动模频率非常低，非常适合用来研究多层石墨烯狄拉克点附近的低能电子激发；同时，此振动模也能用来有效地探测多层石墨烯的层间耦合。

　　最近，半导体所半导体超晶格国家重点实验室博士生吴江滨和谭平恒研究员等人与剑桥大学Ferrari教授合作，对多层转角石墨烯的层间耦合进行了系统研究。他们发现在多层转角石墨烯的界面层间剪切耦合减弱到了正常Bernal堆垛的20%，而与界面相邻的石墨烯片层间的层间剪切耦合也减弱到体材料的90%，如下图所示。尽管多层转角石墨烯界面耦合很弱，其电子能带结构还是与相应Bernal堆垛的多层石墨烯显著不同。当采用与界面层间旋转角度相对应的激发光时，多层转角石墨烯的拉曼信号得到极大的增强。在引入光学跃迁允许的电子态的联合态密度的这一概念时，通过理论计算，他们发现这种联合态密度的极大值决定了拉曼信号共振线型的激发光能量极值。研究还发现，由于

同声子与不同电子态间的电声子相互作用不同，即使不同剪切模间的频率差异非常小，它们强度的共振线型和能量极值差别却很大。该项研究工作近期发表于《自然·通讯》（Nat. Commun., DOI:  10.1038/ncomms6309）。

（来源：中科院半导体研究所；http://www.semi.ac.cn/xwdt/kyjz/201411/t20141113_4251917.html）

5.      石墨烯原子磁化状态或可“私人订制”

原标题：石墨烯原子磁化状态或可“私人订制”   所生长的金属基底材料能“操控”磁化过程

石墨烯上原子的磁化状态，原来悄悄被石墨烯所生长的金属基底材料“操控”着。据物理学家组织网11月4日（北京时间）报道Phys. Rev. Lett., 2014, 113, 177201）。，来自瑞士、德国和美国研究人员组成的研究团队揭开了两者间的这一联系，认为这一发现可以应用在未来的计算装置上，该论文已经发表于《物理评论快报》（

石墨烯是目前已知的最薄的一种材料，单层石墨烯只有一个碳原子的厚度。目前石墨烯的制备方法有很多种，但是其必须在特殊的基底上生长才能实现大规模批量制备，比如具有催化活性的金属基底如铜、镍等。

在研究吸附于单层石墨烯上的钴原子时，研究人员注意到其产生了面内磁化；但是，当石墨烯生长于钌基底上，钴原子的磁化效应又摇身一变，成为面外磁化。经过多次实验，研究人员认为，通常来说，石墨烯上原子的磁化状态会受到所用初始金属基底材料类型的影响。这一发现意味着磁化过程可以“私人订制”，为基于原子自旋状态而制备的自旋电子器件材料带来了新可能。

更进一步，研究人员还发现碳原子与基底材料之间相互吸引力的强弱也取决于基底材料的金属种类。比如说，如果用钌做基底，可观察到强吸引力；但如果基底换成铱或铂，则表现出极其微弱的吸引力。研究人员解释说，这是因为所使用的金属材料不同，碳原子和金属原子之间的距离远近也不同；反过来，这也意味着碳原子和金属基底两者之间的电子转移同样会受到影响，最终不同类型的石墨烯片层得以产生。

还待解决的问题，是这种磁化状态能持续多久。如果这种磁化状态可以稳定持续下去，再加上它能“私人订制”，那么这类原子具有被制成电子存储媒介的潜力，每一单个原子能够用来存储一比特数据（当前的硬盘设备大概需要100万个原子来存储一比特数据）。甚至，它们还能够用来代表一个量子比特，这是量子计算中的量子信息单位。因为这一应用前景，研究团队下一步将着眼于寻找哪种原子能够将磁化状态保持更长时间。

（来源：科技日报，2014-11-6，第2版）