一个国际科学家团队设计了一种从简单的前体生产单层石墨烯的新方法：乙烯（也称为乙烯） - 最小的烯烃分子，仅含有两个碳原子。

研究人员据报道，将乙烯加热到略高于700摄氏度的温度，在铑催化剂基质上生成纯石墨烯层。逐渐加热和更高温度克服了先前直接从烃前体生产石墨烯的努力中出现的挑战。

在理论方法的指导下，研究人员推断，从乙烯到石墨烯的路径将涉及形成一系列结构，因为氢原子离开乙烯分子，碳原子自组装成以石墨烯为特征的蜂窝状图案。为了探索从乙烯到石墨烯的热诱导铑表面催化转化的性质，研究人员在超高真空下逐步提高了材料的温度。他们使用扫描隧道显微镜（STM），热程序解吸（TPD）和高分辨率电子能量损失（振动）光谱（HREELS）来观察和表征在该过程的每个步骤形成的结构。

该团队解释说，加热后，吸附在铑催化剂上的乙烯通过偶联反应进化，形成分段的一维多环芳烃（1D-PAH）。进一步加热导致维度交叉 - 一维到二维结构 - 并且PAH链上的动态重组过程以随后激活的尺寸选择性碳簇的分离结束，遵循通过第一原理量子力学模拟揭示的机制。最后，这些动态自我演化的簇前体的限速扩散聚结导致凝聚成高纯度的石墨烯。

在石墨烯形成之前的最后阶段，研究人员观察到几乎圆形的含有24个碳原子的圆盘状团簇，这些团簇扩散形成石墨烯晶格。“温度必须在温度范围的窗口内升高，以便在下一个加热阶段之前形成必要的结构，”该团队解释说。“如果你停在某些温度下，你很可能最终会结焦。”

根据研究人员的说法，一个重要的组成部分是脱氢过程，它可以释放碳原子形成中间形状，但是一些氢暂时存在于金属催化剂表面上或附近，它有助于随后的键断裂过程，从而导致分离24碳簇前体。“一直以来，集群中的氢气都会流失”。“提高温度基本上将氢从沸腾的金属支撑的碳结构中”沸腾出来，最终形成石墨烯。“

得到的石墨烯结构被吸附在催化剂上。它可能适用于金属，但对于其他应用，必须开发一种去除它的方法。

由于其相对低的成本和简单性，该技术可能对各种应用具有吸引力。该研究由佐治亚理工学院，德国慕尼黑工业大学和苏格兰圣安德鲁斯大学的科学家进行。在美国，该研究得到了美国空军科学研究办公室和美国能源部基础能源科学办公室的支持。