2.3　电弧放电法

电弧放电法广泛应用于石墨烯、富勒烯以及碳纳米管的制备中。电弧放电一般是在一个填充有一定气体的密封空间内进行的：在两个近距离的石墨电极两端加足够的电压，使空间内的气体发生电离而导电，从而产生电弧放电现象。在这种情况下，阳极的石墨电极会被消耗，然后在密封壁上重新沉积形成石墨烯层。在这个过程中，放电中心的温度可达到几千摄氏度，如此高的温度有利于缺陷处的碳原子重新组装，故而这种方法得到的石墨烯结晶性很高，具有优异的导电性和良好的热稳定性。

在电弧放电的过程中，使用的缓冲气体不同所得的石墨烯的质量也会有所不同。以氢气作为缓冲气体时，电弧放电过程中产生的无定形碳会被刻蚀除去，使最终获得的石墨烯的质量有所提高。Wu等人报道了一种氢气气氛下的电弧放电法^[43]，他们首先对用Hummers法制得的石墨氧化物（graphene oxide，GO）进行长时间的烘干处理，然后再将其置于氢气氛围下进行电弧放电。此后，他们将获得的石墨烯在NMP中均匀分散，再通过离心分离除去厚层石墨，便可从上清液中获得少层的石墨烯，最终得到的石墨烯的TEM图像如图2.6所示。此后，Li等人用氨气和氦气作为缓冲气体，以纯石墨作为电极，成功制得了大小为几百纳米的少层氮掺杂石墨烯^[44]。为了增大电弧放电过程中所得石墨烯的面积，Wu等人将二氧化碳和氦气作为缓冲气体，利用电离二氧化碳得到额外的碳源，使得所得少层石墨烯的面积达到了微米级^[45]。综上所述，在电弧放电法中，通过改变缓冲气体可以实现对所得石墨烯的质量、掺杂性以及大小进行调节。

图2.6　电弧放电法制备得到的石墨烯的TEM图像^[43]

通常，在电弧放电法中不需要催化剂便可获得石墨烯。而Huang等人创新性地引入ZnO或ZnS作为催化剂，使得所得石墨烯的产量显著提高，获得了约3g的高质量石墨烯^[46]。同时，他们还发现，当使用铜粉作为催化剂时可以进一步提高所得石墨烯的质量，并能够减少所得石墨片的层数。

作为一种可量产的方法，电弧放电法可以得到高质量的石墨烯。同时，通过改变缓冲气体的类型以及在电弧放电的过程中引入催化剂，还可以对产物的质量以及产量进行调节。然而，这种方法仍然很难获得大面积、单层的石墨烯；此外，有关电弧放电法获得石墨烯的机理仍然有待进一步探究。