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獲得國家科學技術(shù)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(wǎng)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(wù)院設(shè)立了五項國家科學技術(shù)獎：國家最高科學技術(shù)獎、國家自然科學獎、國家技術(shù)發(fā)明獎、國家科學技術(shù)進步獎，這些獎項代表著各個領(lǐng)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(shù)獎呢？

2018年1月8日，2017年度國家科學技術(shù)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(shù)發(fā)明獎66項，國家科學技術(shù)進步獎170項。其中5項石墨烯相關(guān)項目獲獎。

中科院金屬所完成的“高質(zhì)量石墨烯材料的制備與應(yīng)用基礎(chǔ)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?guī)洠吡Σā?/span>

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(dǎo)體、微納電子和能源等領(lǐng)域發(fā)揮核心作用，是主導(dǎo)未來高科技產(chǎn)業(yè)競爭的戰(zhàn)略材料。對其基本結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的深入研究是能否取得引領(lǐng)性和原創(chuàng)性研究突破的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。拉曼光譜技術(shù)在低維碳材料的發(fā)現(xiàn)以及結(jié)構(gòu)與性能的研究中發(fā)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(guān)注低維碳材料結(jié)構(gòu)與物性的微區(qū)拉曼表征、石墨烯增強拉曼散射和低維碳材料能帶調(diào)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(xù)而系統(tǒng)的研究，取得如下主要成果：

1）發(fā)展了單壁碳納米管的結(jié)構(gòu)控制制備方法及其結(jié)構(gòu)與物性的微區(qū)拉曼光譜表征技術(shù)：針對單壁碳納米管手性控制生長及其結(jié)構(gòu)表征這一世界難題，發(fā)展了單壁碳納米管結(jié)構(gòu)與物性的微區(qū)拉曼光譜表征方法，實現(xiàn)了單壁碳納米管的金屬/半導(dǎo)體性和手性結(jié)構(gòu)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(shù)等本征物性參數(shù)；在此基礎(chǔ)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(tǒng)的“氣-液-固”生長模型，建立了新的“氣-固”生長模型，從而實現(xiàn)了單壁碳納米管手性控制的突破。

2）發(fā)明了石墨烯增強拉曼光譜技術(shù)：針對表面增強拉曼光譜技術(shù)在定量和微量檢測中信號不均一這一長期挑戰(zhàn)，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(fā)展了高品質(zhì)石墨烯的偏析與Ni-Mo等合金催化化學氣相沉積制備技術(shù)和石墨烯的無損轉(zhuǎn)移技術(shù)，獲得了嚴格單層的大面積石墨烯；在此基礎(chǔ)上發(fā)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(xiàn)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(fā)展了低維碳材料能帶調(diào)控與拉曼光譜研究方法：提出了單壁碳納米管能帶結(jié)構(gòu)的應(yīng)力調(diào)控方法，研究了不同形變下碳納米管能帶結(jié)構(gòu)與其電子-聲子耦合特征的關(guān)聯(lián)性，首次證實了應(yīng)力條件下碳納米管能帶結(jié)構(gòu)隨手性的變化規(guī)律；提出了低維碳材料能帶結(jié)構(gòu)的光化學調(diào)控方法，實現(xiàn)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(zhuǎn)化以及碳納米管從金屬性到半導(dǎo)體性的轉(zhuǎn)化等系列調(diào)控方法，為低維碳材料在未來電子器件中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

該項目共發(fā)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(guān)成果也獲得了Nature China、C&E News、NPG Asia Materials等重要學術(shù)媒體的高度評價。相關(guān)成果受邀在國際會議上作邀請報告20人次。授權(quán)專利16項。