骞伟中教授

清华大学 | 化学工程

石墨烯是2004年正式被命名，2010年就获得了诺贝尔奖的神奇材料。

其实本人2003年在制备碳纳米管时，也曾看见过这个东西，经历如下。

碳纳米管在有金属催化剂存在的化学气相沉积过程中生长时，常会莫名其妙生成一些石墨片（即后来的石墨烯）。由于石墨片化学稳定性高于碳纳米管，当时不太理解，为啥在这种过冷凝结的自组装结晶过程中，会生成这么稳定的物质。经过与金属催化剂的结构、状态的关联，提出一个“碳纳米管在特定条件下塌缩生成石墨片”的机制，发表在了《J Chem Phys》上。

后来当石墨烯火了之后，有一类制备方法是，用碳纳米管顶羰的金属颗粒做拉锁上的鼻儿，把碳纳米管向拉锁儿一样拉开。与本人提出的机制本质是一会儿事。

不过，由于知识局限，本人当时把这种石墨片是当作杂质看的，从来没有想到过它会成为日后的科技宠儿。

在科技史上，类似的过程也有。比如在石墨烯之前，如日中天的纳米材料是碳纳米管。这个词是1991年日本科学家提出来后，被大家认可的。但其实在1980年左右，在天然气制备合成氨的第一个步骤中，天然气与水反应，控制不好后，常常会生成这种杂质。导致催化剂床层体积膨胀，压降增大，或把反应器的筒壁给撑得裂开。是个非常令化工专家与催化专家讨厌的家伙。消灭他的办法，就是在反应器中多通点水。水在八九百度下，就把这个碳吃掉了。大家也没有想到过碳纳米管连续在国际科技界辉煌了20多年，至今未衰。

有趣的是，好多较真的大科学家会争“碳纳米管”是谁发明的，石墨烯是谁发明的。对于我这种科研小辈，则完全不存在这样的烦恼。没有物理学家的结构与特性认知，是达不到后期那样鼎盛的科研穿透力与影响力的。

另外有趣的是，石墨烯在碳纳米管之后出现后，常有人将二者PK。但说实在，研究前者的科学家基本都有研究后者的背景，相当于手心手背都是肉。好多情况下，这两个材料中的“巨星”都是Sp2碳杂化带来的超能力，这个传奇远未结束，正在续写。

形象一点比喻，二者既像餐馆中吃饭时的筷子与纸巾;或者旗杆与红旗；古人结婚时新郎拉的红绸与新娘的盖头;或孙悟空的如意金箍棒，阿拉伯的会飞神毯，最起码是各有功能吧。

略微正经一点，其实二者在PK没有结果时，科学家把二者放在一起，发现了互相帮忙分散与保持比表面积的好处，促进了电容储能应用的研究。

数字上1+1>2的效应，在碳纳米管与石墨烯身上，还会是什么呢？

作者简介：骞伟中，清华大学博士生导师。研究方向为碳纳米材料与多相流反应器。曾获2015年教育部自然科学一等奖。

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