王斌，智林杰,2

1國家納米科學中心，納米科學卓越創(chuàng)新中心，納米系統(tǒng)與多級次制造重點實驗室，北京 100190

2中國科學院大學，北京 100049

石墨烯原子層厚度的二維平面結(jié)構(gòu)以及其獨特的物理化學性質(zhì)引起了國際學術(shù)界的廣泛關(guān)注1，同時也賦予石墨烯豐富多樣的光、熱、電、磁、力等功能。石墨烯的結(jié)晶度、旋轉(zhuǎn)錯位、物理形變等無不引起其功能的顯著變化，而雜原子摻雜、可設(shè)計孔洞、選擇性邊緣結(jié)構(gòu)、特異性復合等也往往賦予石墨烯特殊的性能與應(yīng)用。同時，在納米與分子尺度上對石墨烯的結(jié)構(gòu)、骨架、孔道等進行設(shè)計與構(gòu)建更能衍生出許多全新的功能化石墨烯材料，有可能會帶來科學上的重大發(fā)現(xiàn)。本?？占藝鴥?nèi)部分科學家在相關(guān)領(lǐng)域的研究成果，通過主題聚焦、思想碰撞來探索石墨烯獨特的功能與應(yīng)用價值，為推動石墨烯材料實際應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)指導。本?？殖蓛善谠?022年第1期和第2期印刷出版。本期主要圍繞高質(zhì)量石墨烯的生長、性質(zhì)調(diào)控和新功能器件的開發(fā)展開討論，下一期則聚焦在功能化石墨烯的規(guī)?；苽浜湍茉聪嚓P(guān)的應(yīng)用研究上。

石墨烯的功能和應(yīng)用首當其沖面臨的難題是高質(zhì)量石墨烯的制備。劉忠范和丁峰等2首先從理論計算的角度，總結(jié)了各種金屬襯底在石墨烯化學氣相沉積（CVD）生長過程中的各種作用與相應(yīng)的機理，包括在催化碳裂解、修復生長過程中產(chǎn)生的缺陷、以及在降溫過程中石墨烯褶皺與金屬表面臺階束的形成過程等，為實驗現(xiàn)象提供合理的解釋，同時為將來的實驗提供可能的指導。除了金屬襯底，CVD過程中的另一個要素是氣相。劉忠范團隊3進一步綜述了氣相反應(yīng)帶來的影響，包括氣相傳質(zhì)過程和氣相反應(yīng)過程，以及在氣相反應(yīng)調(diào)控下石墨烯的結(jié)晶度、潔凈度、層數(shù)和生長速度等參數(shù)的變化規(guī)律，給CVD石墨烯的生長提供了新的切入視角。在長期理論和實踐經(jīng)驗積累的基礎(chǔ)上，劉忠范團隊在超潔凈石墨烯的控制生長方面做出了突出的貢獻。他們也對此進行了總結(jié)4，分析了石墨烯生長過程中表面污染物的形成機理，綜述了超潔凈石墨烯的制備方法，列舉了其優(yōu)異的性質(zhì)，并對該領(lǐng)域未來發(fā)展可能面臨的機遇和挑戰(zhàn)進行了展望。

石墨烯的制備是基礎(chǔ)，其功能和應(yīng)用則是重要的出口。為滿足不同的應(yīng)用需求，在石墨烯本征物性的基礎(chǔ)上，往往還需要對其進行功能化，但目前對于石墨烯功能化產(chǎn)物缺乏系統(tǒng)全面的分類和精確的定義。智林杰等5在系統(tǒng)總結(jié)現(xiàn)有石墨烯功能化研究的基礎(chǔ)上，給出了石墨烯功能化產(chǎn)物的系統(tǒng)分類、各類的精確定義和相應(yīng)的制備策略，并通過典型示例進行了詳細地論述。對該領(lǐng)域的系統(tǒng)總結(jié)將有助于功能化石墨烯材料的進一步發(fā)展。

在功能化石墨烯的基本物性方面，康飛宇等6介紹了應(yīng)用于石墨烯熱導率測量的微納尺度傳熱技術(shù)，并展示了當前的理論研究成果及石墨烯在導熱材料中的應(yīng)用，包括高導熱的石墨烯膜、纖維及熱界面材料等。王斌等7則從石墨烯的力學性質(zhì)出發(fā)，總結(jié)了采用層間共價鍵連接的方式來克服石墨烯層間弱作用力的策略，以此實現(xiàn)石墨烯力學性能的提升，同時介紹了層間共價成鍵所采用的方法和性質(zhì)及其分析手段，提出了下一步的發(fā)展方向。

功能化不僅優(yōu)化了石墨烯的傳統(tǒng)物性，也為基于其新性質(zhì)的器件開發(fā)帶來了新的思路。任文才等8綜述了近年來石墨烯表面電荷轉(zhuǎn)移摻雜的研究現(xiàn)狀，著重介紹了最新發(fā)展的高效p型和n型摻雜劑，并探討了基于摻雜石墨烯透明電極的高性能光電器件的發(fā)展趨勢。基于三維石墨烯組裝體材料優(yōu)異的吸光和光熱轉(zhuǎn)化效率等性質(zhì)，曲良體等9介紹了高效、綠色的光熱水凈化、收集器件，為水資源的循環(huán)利用提供了新的途徑。周建新等10則圍繞自供能器件的基本能量供給原理，包括電化學供能、光伏供能、摩擦電供能、水伏供能等，介紹了石墨烯在自供能傳感器件中的應(yīng)用，并對基于石墨烯的自供能傳感器件的未來發(fā)展、挑戰(zhàn)和前景進行了展望。陳成猛等11將三維銅/石墨烯氣凝膠作為相變儲能骨架材料，制備了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性高、泄漏率低的復合材料，該類結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑對未來的相變儲能、多孔微波吸收等新生研究方向有重要的參考價值。

高質(zhì)量石墨烯的制備是其高端應(yīng)用的基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上進行功能化改性，可以獲得對其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)關(guān)系的清晰認識，健全理論機制，指導并創(chuàng)制出新型的功能器件，拓展石墨烯的應(yīng)用前景。這些基礎(chǔ)研究不僅引起了學術(shù)界的廣泛關(guān)注，而且得到了工業(yè)界的高度重視。為將功能化石墨烯材料推向產(chǎn)業(yè)化，研究人員對其規(guī)?；苽浼夹g(shù)和實際應(yīng)用進行了長期、大量的探索，并取得了一定的成績。在本?？南缕诮榻B中，我們收集了功能化石墨烯相關(guān)的規(guī)?；苽浼捌湓谀茉搭I(lǐng)域相關(guān)應(yīng)用中的一些最新進展報告。這兩期的內(nèi)容整體上涵蓋了石墨烯的制備理論、方法、性質(zhì)、新功能探索和規(guī)?；瘧?yīng)用等，全方位展現(xiàn)了石墨烯功能和應(yīng)用的發(fā)展現(xiàn)狀，希望《物理化學學報》的讀者通過閱讀本?？械奈恼拢軐υ擃I(lǐng)域有一些新的認識。