在2012 - 2013年，一项国际研究合作发现了一种现象，可以通过光学显微镜在石墨插层化合物的阶段转变过程中观察到。团队领导人Ayrat M. Dimiev博士花了六年时间进一步研究，包括在喀山联邦大学进行的额外实验，以充分理解观察到的现象背后的驱动力。
实验在博士参与下进行。毕业生Ksenia Shukhina。一个重要的突破来自于在阶段转换期间使用石墨表面的超快拉曼映射。俄美联合论文发表在“ 物理化学杂志”上。
石墨插层化合物(GIC)通过在石墨的石墨烯层之间插入某些原子和分子种类而形成。所得化合物具有一系列独特的性质，这些性质不是母体材料所特有的。GIC最有趣的特性之一是它的超导性，这一发现引起了很大的兴趣。取决于插入剂的电化学电势和石墨烯层上的相应电荷，石墨形成结构，其中一个，两个或更多个石墨烯层夹在两层插入剂之间。所得化合物分别称为阶段-1，阶段-2和阶段3 GIC。尽管对GIC进行了深入而持久的研究，但阶段过渡的机制仍然模糊不清。
在这项研究中，作者使用光学和拉曼显微镜对由高度取向的热解石墨(HOPG)制成的H 2 SO 4 -GIC中的阶段跃迁进行直接，实时监测。他们观察到基于HOPG的GIC中的阶段转变与由天然鳞片石墨制成的GIC中的阶段转变非常不同。在阶段2至阶段1转变期间，阶段2阶段的形成几乎同时在暴露于介质的整个石墨表面上开始。
这归因于小的插入剂部分朝向吸引点的移动，从而生长连续的岛屿。然而，在反向过程中，阶段1至阶段2的转变严格地从石墨样品的边缘开始并向其中心传播。最引人注目的观察是，脱层前沿是不连续的; 即，所选择的微米尺寸的石墨表面区域优先脱嵌，以释放由嵌入诱导的应变。二维石墨通道中的插层动力学以> 240 m / s的速度发生，具有快速的动力学。初始插入过程与其余的重新插入过程不同。
在这项研究中取得的成果推进了石墨烯领域，并有几个潜在的应用。GIC可以被认为是掺杂石墨烯的堆叠，其可以通过完全可逆的反应容易地制备; 通过反应条件可以容易地控制掺杂水平。其次，嵌入减弱了相邻石墨烯层之间的粘合力。因此，GIC用作通过液相剥离获得单层石墨烯和石墨烯纳米片的前体。第三，由于碳原子的带电条件，GIC在石墨烯的共价官能化过程中作为重要且不可避免的中间体。最后也是最重要的是，锂离子电池的运行是基于锂离子与石墨的循环嵌入 - 脱嵌。
团队负责人Ayrat Dimiev总结道，“研究阶段在H 2 SO 4 -GIC中的转变伴随着质子与Grotthuss机制发生的嵌入硫酸的转移，即它是超快的和'无摩擦的'。我们正在考虑检查这是否属实。如果是，这些系统可用作氢燃料电池中的质子导体。另一个方向是开发一种有效且高通量的方法，用于石墨到单层石墨烯的液相剥离。“
