本文轉載自中央研究院研之有物，泛科學為宣傳推廣執行單位

• 採訪編輯｜林婷嫻、美術編輯｜林洵安

石墨烯的合成

無論是風力、火力、太陽能發電，產生電力後，需要儲存電力的系統，其中一種選擇是「石墨烯電池」，也就是以石墨烯為電極的鋰電池的顏宏儒實驗室，將碳原子精準地合成為石墨烯，並應用於鋰電池陽極，有助提升儲電效能。

承載希望的石墨烯

生活中最常看到的「石墨」，是鉛筆的筆芯，這一小塊石墨，是由許多層「石墨烯」堆疊而成。

你可能不認識石墨烯 （Graphene），但石墨烯可能會改變你未來的生活。這個人造的奈米材料具備許多超能力：極薄、透光度極高、高導熱率、高導電率，倍受人們期待。其中一個期待，是打造可用於儲能的石墨烯電池。

石墨烯之所以具備「高導電率」，簡單來說，是源於碳原子的六角形結構。這結構使得碳原子穩固地牽著彼此，電子就能在一個個碳原子之間暢行無阻。因此，石墨烯相當適合用來作為鋰電池的陽極，導電效果更勝於傳統的石墨陽極。

石墨烯的鍊成陣

雖然石墨烯和鑽石一樣，都是由碳原子組成，但石墨烯無法透過開採岩層而獲得，只能藉由科學家在實驗室裡合成。換句話說，科學家就像是「碳之鍊金術師」，透過特殊的「鍊成陣」，合成出原本只存在於假設理論的石墨烯結構。

當然，這裡所指的鍊成陣，並非合掌一拍、再往地上一擊，就能變出神奇的東西。而是科學家夜不成眠地，操作一次又一次的化學實驗，失敗了，再重頭來過。

顏宏儒比喻，目前石墨烯常見的製備方法，是像小時候我們用美工刀切橡皮擦，把一大塊橡皮擦，切成一小塊，再細切成一層層，如下圖所示。但這樣「由大到小」剝離的石墨烯，所含的碳原子數量不精準，導致難以掌控後續應用於電子元件的效能。

為了精準地合成石墨烯，顏宏儒與實驗室成員逆向操作，透過「由小到大」（bottom-up） 的合成方式，將一個六角型的苯環 （C₆H₆） ，接上另一個六角型的苯環 （C₆H₆） ，逐步累加、直到所需的碳原子總額，如下圖所示。

更好的石墨烯電池