石墨烯边缘和空位的可控操纵对于其在分子分离、传感和电子学中的应用来水，至关重要。不幸的是，现有的刻蚀方法总是会导致空位成核，这给刻蚀控制带来了一定挑战。

近日，洛桑联邦理工学院Kumar Varoon Agrawal首次报道了在750-1000 °C温度范围内，CO₂对石墨烯的可控均匀刻蚀，并提取出石墨烯中大边扩展的势垒为2.7 eV，相当于CO₂在石墨烯中锯齿形边上的化学吸附能垒。

文章要点

1）研究人员建立了一种不受CO₂从体相到石墨烯边缘传质的刻蚀机制，并通过调节腐蚀温度和时间来研究空位的扩展速率。研究发现，纳米级的空位可以以2-3 Å/min的速度膨胀，这使得这条路线在调节石墨烯的孔径以用于分子分离和传感应用方面具有很大的应用前景。

2）研究发现，在纳米空位的边缘，CO₂在化学吸附过程中存在一个额外的构型能垒，导致较小空位的速率降低了一个数量级，而小于0.15 nm的缺陷则没有膨胀。此外，CO₂不会形成新的空位缺陷，导致扩展的孔呈高斯孔径分布(PSD)，这与通常使用氧化腐蚀方法获得的对数正态孔径分布形成鲜明对比。

3）最后，利用CO₂刻蚀，人们可以通过透射电子显微镜来描绘石墨烯中固有空位缺陷的位置，由于石墨烯的低密度，这被证明是一项具有挑战性的任务。因此，可以确定本征空位缺陷的两个不同的来源：i）未对准的石墨烯晶粒的不完全共生；ii）在反应器中存在残余O₂的情况下对晶格的刻蚀。

这项研究表明，CO₂可以用来构建纳米尺度的石墨烯薄膜，用于分子分离和传感等各种应用。

参考文献

Mojtaba Rezaei, et al, Demonstrating and Unraveling a Controlled Nanometer-Scale Expansion of the Vacancy Defects in Graphene by CO₂, Angew. Chem. Int. Ed. 2022

DOI: 10.1002/anie.202200321

https://doi.org/10.1002/anie.202200321