本文报告了一种连接石墨烯片形成石墨烯中空微管（GHMs）的简单工艺，可通过改变反应条件在-nm范围内调节微管直径。研究者发现，在氨气气氛中对石墨烯氧化物（G-O）涂覆电纺PAN碳纤维进行退火时，如果薄片边缘的N原子取代了碳原子，则石墨烯薄片可以彼此无缝连接。G-O/碳杂化纳米纤维骨架充当约束模板，石墨烯片在其周围弯曲以形成管状结构。通过此过程形成的GHMs与具有相对较低曲率的（非常）大直径碳纳米管（CNT）相似，其电子场发射特性包括0.18V/μm的低开启电压（在J=10μA/cm2时）、0.35V/μm的低阈值场（在J=10mA/cm2时）和高场发射稳定性。这种制备GHMs的工艺可以扩大规模以批量生产可变直径的GHMs。
图1.从扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、拉曼光谱和X射线光子光谱（XPS）获得的GHMs的结构和组成。（a）CNFs表面上的一组rGO薄片；（b）将CNFs完全转换为GHMs；（c）无缺陷的单个GHM表面；（d）含有缺陷的单个GHM表面；（e）GHMs的开放区；（f）柔性GHMs；（g）两个随机GHMs的TEM图像；（h）（g）所示的GHMs中选定区域的高分辨率TEM图像；（I）显示D、G和2D波段的GHMs的拉曼光谱；（j）单个GHM的TEM图像；（k）GHMs边缘处的高分辨率TEM图像，来自（g）所示样品的选定区域，晶格条纹显示石墨结构；（m）在水蒸气中退火的GHMs和rG-O的XPS全扫描光谱。
图2.（a）GHM形成示意图；（b）三种主要的N原子取代的GHMs；碳原子是黑球，橙色是“石墨”N原子，红色是“吡咯”N原子，蓝色是“吡啶”N原子。（c）GHMs和（d）N掺杂rG-O中的N1sXPS光谱。
图3.模拟醚类在（a）之字形和（b）扶手椅边缘的还原，以及（c）这两种反应的相应能量分布。每个还原过程都包括一个中间状态（IMS）和两个过渡状态（TS1和TS2）。这些状态以及初始状态（IS）和最终状态（FS）在（a，b）中以俯视图和侧视图显示。场发射特性：（d）在μA范围电流区域中GHMs的I-E特性显示阶梯状行为，插图显示了电子发射电流密度（J）与GHMs施加电场（E）的典型函数关系图。（e）相应F-N图，以及（f）16小时内GHMs发射电流的时间依赖性。当电流在I0=6.5μA的设定点值时，其波动在±4％以内。