本期特刊涵蓋了碳納米材料的廣泛研究，包括可控生長、可伸縮合成和多功能應用。在過去的25年中，北京大學納米化學中心(CNC)在石墨烯和其他碳納米材料方面取得了許多成就。本期特刊以這些新興碳納米材料為主題，同時紀念北京大學納米化學研究中心和北京石墨烯研究院成立25周年。
北京石墨烯研究院劉忠范院士和同事總結了在傳統玻璃上用化學氣相沉積（CVD）生長石墨烯的技術，以及其生長機理和潛在應用。這種超級石墨烯玻璃具備優越的電導率和導熱性，在觸控面板、高亮度發光二極管、透明加熱器、智能窗、光學元件、傳感器等領域的基礎研究和日常生活應用領域引起了廣泛的關注。
參考文獻：Zhaolong Chen ，Zhongfan Liu，et al. Graphene: Direct CVD Growth of Graphene on Traditional Glass: Methods and Mechanisms . Adv. Mater. 2018.
DOI: 10.1002/adma.201970060
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正如武漢大學付磊教授和劉津欣在文章中所討論的，石墨烯在可控生長、蝕刻、自組裝和液體表面傳遞方面取得了令人興奮的進展，促進了其未來的工業應用。封面上的這首詩翻譯過來是“中國南方的池塘適合采集蓮花”。荷葉多么密，多么旺啊! 漂浮在水池中的荷葉代表了生長在液體基質上的石墨烯單晶。
參考文獻：Jinxin Liu, Lei Fu. Graphene: Controllable Growth of Graphene on Liquid Surfaces. Adv. Mater., 2018.
DOI: 10.1002/adma.201970067
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中國科學院金屬研究所李峰、成會明院士等人從對電活性材料的基本電化學反應、電極結構和整體電池設計的角度，討論了碳納米管(CNTs)和石墨烯在構建更優異的鋰電池中的作用。展望了碳納米管和石墨烯如何進一步促進鋰電池的發展。
參考文獻：Feng Li,Hui‐Ming Cheng, et al. Lithium Batteries: The Regulating Role of Carbon Nanotubes and Graphene in Lithium–Ion and Lithium–Sulfur Batteries. Adv. Mater., 2018.
DOI: 10.1002/adma.201970066
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半導體單壁碳納米管(s‐SWCNTs)在下一代電子產品中具有廣闊的應用前景。基于溶液法在規模化生產、高純度和成膜方面具有獨特的優點，中國科學院蘇州納米技術與仿生研究所李清文研究員和他的同事回顧了溶液法制備s - SWCNTs的最新進展及其在納米集成電路和大面積薄膜晶體管中的應用。
參考文獻：Song Qiu,Qingwen Li,et al. Single‐Walled Carbon Nanotubes: Solution‐Processing of High‐Purity Semiconducting Single‐Walled Carbon Nanotubes for Electronics Devices. Adv.Mater.,2019
DOI: 10.1002/adma.201970063
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超長碳納米管(CNTs)的機械拉伸強度超過100 GPa，楊氏模量超過1 TPa。碳納米管被認為是迄今為止發現的最強的材料之一，在儲存機械能方面具有壓倒性的優勢。清華大學張如范教授和魏飛教授等綜述了CNTs在制造飛輪用以存儲動能方面的巨大潛力和發展方向。
參考文獻：Rufan Zhang,Fei Wei,et al. Mechanical Energy: Storage of Mechanical Energy Based on Carbon Nanotubes with High Energy Density and Power Density. Adv. Mater.,2019.
DOI: 10.1002/adma.201970064
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具有可控性能的單壁碳納米管在實際應用中是非常理想的。北京大學張錦教授和青島科技大學何茂帥教授等綜述了化學氣相沉積對單壁碳納米管的手性選擇性生長的影響；概述了納米管-催化劑界面在調節成核熱力學和生長動力學中的重要性；綜述了碳納米管合成的研究進展，并對其控制生長的前景進行了展望。
參考文獻：He M, Zhang S, Wu Q, et al. Designing Catalysts for Chirality‐Selective Synthesis of Single‐Walled Carbon Nanotubes: Past Success and Future Opportunity. Adv. Mater., 2018.
DOI: 10.1002/adma.201800805
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在投射電子顯微鏡下，由成像電子束驅動的各種電子與樣品相互作用的過程表明了它們在沒有其他外部驅動機制的情況下，具有激發石墨烯內部和周圍許多新反應的潛力。蘇州大學Mark H.Rummeli教授等人在介紹該技術后，綜述了無定形碳、石墨烯、富勒烯、碳鏈和碳納米管之間的相關反應。探究了不同的簇，納米粒子單原子和分子與石墨烯的相互作用，最后展望了石墨烯內部和外圍的電子束誘導化學過程的未來。
參考文獻：Mark H. Rummeli,Zhongfan Liu, et al. New Frontiersin Electron Beam Driven Chemistry in and around Graphene. Adv. Mater., 2018.
DOI: 10.1002/adma.201800715
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化學氣相沉積法(CVD)制備大面積高質量石墨烯薄膜是實現工業規模應用的關鍵。北京大學劉忠范院士和彭海琳教授等綜述了近年來CVD大規模生產石墨烯薄膜的研究進展，包括制備工藝、大型設備和關鍵參數等問題。
參考文獻：Hailin Peng, Zhongfan Liu,et al. Toward Mass Production of CVD Graphene Films.Adv. Mater.,2018.
DOI: 10.1002/adma.201800996
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具有交聯石墨烯網絡結構的聚合石墨烯材料被證明具有二維石墨烯的特性。南開大學陳永勝教授等人總結了以下三個方面的內容:一是理論工作;二是合成及制備;三是性質及應用。此外，還提出了一些可以推進這類還沒有引起重視的石墨烯材料研究的觀點。
參考文獻： Wangqiao Chen, Yongsheng Chen, etal. Polymeric Graphene Bulk Materials with a 3D Cross‐Linked Monolithic Graphene Network. Adv. Mater., 2018.
DOI: 10.1002/adma.201802403
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二維材料的生長受多種因素的影響，如基體、生長環境中的H2、O2、缺陷、晶粒的聚集等。韓國蔚山國家科學技術研究所丁峰教授等人系統地討論了二維材料生長動力學的機理，總結了各種因素的影響。此外，還介紹了二維材料蝕刻的研究進展。
參考文獻：Jichen Dong, Feng Ding, et al. Kinetics of Graphene and 2D Materials Growth. Adv. Mater., 2018.
DOI: 10.1002/adma.201801583
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從基于石墨烯的智能平臺在聯合治療應用中的設計原理出發，國家納米科學中心的趙宇亮院士等綜述了近年來基于石墨烯的智能平臺在聯合治療應用中的研究進展，以及石墨烯基材料協同治療的最新進展，討論了該領域目前面臨的挑戰和未來的發展前景。
參考文獻：Zhanjun G, Shuang Z, Liang Y, et al. Graphene-BasedSmart Platforms for Combined Cancer Therapy. Adv. Mater., 2018.
DOI: 10.1002/adma.201800662
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可彎曲或折疊的柔性電池越來越受到智能電子行業的關注。北京大學劉忠范院士以及北京石墨烯研究院魏迪教授等人從材料制備、結構設計、性能優化等方面綜述了近年來基于碳納米材料的一維或二維結構柔性電池的研究進展。在此基礎上，對現有的優勢、挑戰以及未來的發展前景進行了探討。
參考文獻：Ziping Wu, Di Wei, Zhongfan Liu , et al.Carbon‐Nanomaterial‐Based Flexible Batteries for Wearable Electronics. Adv. Mater., 2019.
DOI: 10.1002/adma.201800716
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清華大學張瑩瑩教授等人綜述了碳材料在柔性和可穿戴電子領域的應用前景。包括具有合理設計結構的碳材料的可控制造及其在柔性設備領域應用的最新發展，包括生理傳感器、生化傳感器、導電電極/導線、電力設備和集成系統。并總結了該領域目前的挑戰和未來的前景。
參考文獻：Chunya Wang, Yingying Zhang, et al. Advanced Carbonfor Flexible and Wearable Electronics. Adv. Mater., 2019.
DOI: 10.1002/adma.201801072
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意大利理工學院FrancescoBonaccorso教授等人通過概述近年來高效穩定的光電正極體系的研究進展，批判性地分析了碳基材料在析氫反應中的挑戰、機遇和潛力。概述了電荷選擇和保護層的功能作用，以及通過大規模的、高通量、高效益的方法制備光電陰極的最新進展。
參考文獻：Sebastiano Bellani, Francesco Bonaccorso, et al. Carbon‐Based Photocathode Materials for Solar Hydrogen Production. Adv. Mater., 2018.
DOI: 10.1002/adma.201801446
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新加坡南洋理工大學張華教授等人綜述了近年來石墨烯基貴金屬納米復合材料的研究進展。介紹了在石墨烯或其衍生物上合成貴金屬納米結構的不同策略。討論了它們在電催化中的應用，包括析氫反應、氧還原反應、醇氧化反應和二氧化碳還原反應。
參考文獻：Jiawei Liu, Hua Zhang, et al.Recent Progress in Graphene‐Based Noble‐Metal Nanocomposites for Electrocatalytic Applications. Adv. Mater.,2018.
DOI: 10.1002/adma.201800696
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新型的碳基無金屬催化劑已被證明是貴金屬/金屬氧化物催化劑有前途的替代品，可用于催化各類反應，包括氧還原反應、析氫反應、析氧反應、二氧化碳還原反應、氮還原反應，以及雙/多功能電催化。澳大利亞新南威爾士大學戴黎明教授等人對這一領域進行了全面的概述，包括制備方法、機制和應用，以及面臨的一些挑戰和展望。
參考文獻：Shenlong Zhao, Liming Dai, et al. Carbon‐Based Metal‐Free Catalysts for Key Reactions Involved in Energy Conversion and Storage. Adv. Mater., 2018.
DOI: 10.1002/adma.201801526
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