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獲得國家科學技術獎的石墨烯項目巡禮——低維碳材料的拉曼光譜學研究

2018-08-31 11:46:51 作者：本網整理來源：石墨烯資訊分享至：

2000年，為獎勵在科技進步活動中作出突出貢獻的公民、組織，國務院設立了五項國家科學技術獎：國家最高科學技術獎、國家自然科學獎、國家技術發明獎、國家科學技術進步獎，這些獎項代表著各個領域的最高成就，石墨烯作為新材料之王，又有多少項目獲得過國家科學技術獎呢？

2018年1月8日，2017年度國家科學技術獎在京揭曉，共評選出271個項目和9名科技專家。其中，包括國家自然科學獎35項，國家技術發明獎66項，國家科學技術進步獎170項。其中5項石墨烯相關項目獲獎。

中科院金屬所完成的“高質量石墨烯材料的制備與應用基礎研究”項目獲得國家自然科學獎二等獎，主要完成人為任文才，成會明，陳宗平，吳忠帥，高力波。

編號

獲得獎項

項目名稱

主要完成人

推薦專家

Z-103-2-01

2017年度國家自然科學二等獎

低維碳材料的拉曼光譜學研究

張錦
（北京大學）

劉忠范（北京大學），
童廉明（北京大學），
彭海琳（北京大學）

田中群，包信和，解思深

低維碳材料的拉曼光譜學研究

獲獎項目：低維碳材料的拉曼光譜學研究

主要完成人：張錦（北京大學），劉忠范（北京大學），童廉明（北京大學），彭海琳（北京大學）

推薦單位：專家推薦

獲獎等級：國家自然科學獎二等獎

項目簡介：

碳納米管和石墨烯等低維碳材料有望在未來半導體、微納電子和能源等領域發揮核心作用，是主導未來高科技產業競爭的戰略材料。對其基本結構與性質的深入研究是能否取得引領性和原創性研究突破的關鍵環節。拉曼光譜技術在低維碳材料的發現以及結構與性能的研究中發揮了不可替代的重要作用。該項目以低維碳材料的拉曼光譜學研究為主線，關注低維碳材料結構與物性的微區拉曼表征、石墨烯增強拉曼散射和低維碳材料能帶調控中的電子-聲子耦合特征等基本科學問題，在科技部納米重大研究計劃和國家自然科學基金委的支持下，開展了持續而系統的研究，取得如下主要成果：

1）發展了單壁碳納米管的結構控制制備方法及其結構與物性的微區拉曼光譜表征技術：針對單壁碳納米管手性控制生長及其結構表征這一世界難題，發展了單壁碳納米管結構與物性的微區拉曼光譜表征方法，實現了單壁碳納米管的金屬/半導體性和手性結構的高分辨定量研究，獲得了單根單壁碳納米管的生長速度和溫度系數等本征物性參數；在此基礎上，提出了手性控制的“碳基催化劑”概念和單壁碳納米管的克隆生長方法，突破了傳統的“氣-液-固”生長模型，建立了新的“氣-固”生長模型，從而實現了單壁碳納米管手性控制的突破。

2）發明了石墨烯增強拉曼光譜技術：針對表面增強拉曼光譜技術在定量和微量檢測中信號不均一這一長期挑戰，提出了石墨烯增強拉曼散射的概念，證明了石墨烯增強拉曼散射的化學增強機制；發展了高品質石墨烯的偏析與Ni-Mo等合金催化化學氣相沉積制備技術和石墨烯的無損轉移技術，獲得了嚴格單層的大面積石墨烯；在此基礎上發展了基于石墨烯的柔性拉曼散射增強基底的制備方法，首次實現了任意形貌表面上痕量物種的直接檢測，為表面增強拉曼散射的定量研究開拓了新的思路。

3）發展了低維碳材料能帶調控與拉曼光譜研究方法：提出了單壁碳納米管能帶結構的應力調控方法，研究了不同形變下碳納米管能帶結構與其電子-聲子耦合特征的關聯性，首次證實了應力條件下碳納米管能帶結構隨手性的變化規律；提出了低維碳材料能帶結構的光化學調控方法，實現了石墨烯的片層裁剪、逐層減薄、石墨烯到氧化石墨烯的定域轉化以及碳納米管從金屬性到半導體性的轉化等系列調控方法，為低維碳材料在未來電子器件中的應用奠定了基礎。

該項目共發表論文82篇，其中8篇代表性論文包括Chem. Soc. Rev. 1篇、Acc. Chem. Res. 1篇、J. Am. Chem. Soc. 2篇、Proc. Natl. Acad. Sci. 1篇、Adv. Mater. 1篇和Nano Lett. 2篇，論文他引1138次，其中3篇入選ESI高引用文章。這些論文在Chem. Rev.、Nature、Science、Nat. Chem.、Nat. Photonics、 Nat. Nanotechnol.和Chem. Soc. Rev.等刊物中有大量的正面評述。此外，相關成果也獲得了Nature China、C&E News、NPG Asia Materials等重要學術媒體的高度評價。相關成果受邀在國際會議上作邀請報告20人次。授權專利16項。