[发明专利]一种在金属催化剂表面制备薄层石墨烯的方法

权利要求书

1.一种在金属催化剂表面制备薄层石墨烯的方法，其特征在于，该方法为：

首先，在H₂和Ar气混合气氛中，于700-1050 °C的高温下，将碳源与金属催化剂基体接触，进行高温催化分解反应，从而在金属催化剂基体内部和表面进行渗碳；

而后，在800-1200 °C的高温条件下，以H₂刻蚀或等离子体刻蚀至少除去金属催化剂基体表面的无序碳层和金属催化剂基体内晶界位置形成的石墨烯；

最后，在惰性气体保护或真空条件下，将金属催化剂基体迅速冷却至室温，并在金属催化剂基体表面得到偏析的薄层石墨烯。

2.根据权利要求1所述的在金属催化剂表面制备薄层石墨烯的方法，其特征在于，所述金属催化剂基体包括多晶或单晶金属薄膜或金属薄片，所述金属材料选自Ni、Fe、Co、Cu、Pt和Ru中的任意一种或两种以上的组合。

3.根据权利要求1或2所述的在金属催化剂表面制备薄层石墨烯的方法，其特征在于，所述金属催化剂基体的厚度在10 nm-10 mm。

4.根据权利要求1所述的在金属催化剂表面制备薄层石墨烯的方法，其特征在于，所述碳源选自气体碳源、固态碳源和液态碳源中的任意一种，其中，

所述气体碳源至少选自CH₄、C₂H₂、C₂H₄、C₂H₆、CO和CO₂中的任意一种；

所述液体碳源至少选自CH₃OH、C₂H₅OH、C₆H₆、CH₃COCH₃和n-C₆H₁₄中的任意一种；

所述固态碳源至少选自PMMA、PVP、PVA、PE、糖类、活性炭、无定形碳、乙炔黑和碳黑中的任意一种。

5.根据权利要求1或4所述的在金属催化剂表面制备薄层石墨烯的方法，其特征在于，所述碳源选用固态碳源，所述固态碳源被以粉体或由粉体形成的分散液的形式均匀分布在金属催化剂基体表面。

6.根据权利要求5所述的在金属催化剂表面制备薄层石墨烯的方法，其特征在于，分布在金属催化剂基体表面的固态碳源的厚度为5 nm-100 mm。

7.根据权利要求1所述的在金属催化剂表面制备薄层石墨烯的方法，其特征在于，所述等离子体刻蚀至少选自氢气、氩气、氨气和氧气的等离子体刻蚀中的任意一种。

8.根据权利要求1或7所述的在金属催化剂表面制备薄层石墨烯的方法，其特征在于，所述H₂刻蚀或等离子体刻蚀的时间为5 s-50 min。

9.根据权利要求1所述的在金属催化剂表面制备薄层石墨烯的方法，其特征在于，该方法中是将金属催化剂基体以10-150 °C /s的降温速度冷却至室温，进而在金属催化剂基体表面得到偏析的薄层石墨烯。

10.根据权利要求1或2或4或6或7或9所述的在金属催化剂表面制备薄层石墨烯的方法，其特征在于，所述金属催化剂基体是形成在衬底上的，所述衬底至少选自SiO₂/Si、SiO₂、Al₂O₃、MgO、ZnO、BN、AlN和SiC衬底中的任意一种。