復(fù)旦大學(xué)朱向東等研究人員通過快速焦耳加熱提出了一種生物質(zhì)（Flash Joule heating, FJH）轉(zhuǎn)化為閃蒸石墨烯（flash graphene, FG）的新方法。盡管FJH技術(shù)有很大的潛力將無盡的生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為FG，但是由于缺乏集成設(shè)備，F(xiàn)G的持續(xù)生產(chǎn)一直面臨著挑戰(zhàn)。另外，傳統(tǒng)的交流電-FJH（AC-FJH）由于大量熱解揮發(fā)性釋放和炭黑的應(yīng)用，在反應(yīng)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生了較高的碳足跡。為了解決這一問題，研究人員在低碳足跡下構(gòu)建了一個集成自動化系統(tǒng)，并通過以能源需求為導(dǎo)向的分配方式完成了可持續(xù)生物質(zhì)FG生產(chǎn)。FJH模塊化零件通過使用可編程邏輯控制器靈活協(xié)調(diào)，實現(xiàn)了生物質(zhì)FG制造的周轉(zhuǎn)。

此外，研究還提出了熱解-FJH藕合策略，通過最初的熱解過程釋放生物質(zhì)熱解揮發(fā)性，然后進行FJH反應(yīng)，致力于改善FG結(jié)構(gòu)。重要的是，適度電阻的生物炭足以啟動FJH反應(yīng)。因此，與基于生物質(zhì)的FG生產(chǎn)相比，中溫生物炭基FG在生產(chǎn)過程中不需要使用炭黑，表現(xiàn)出較低的碳排放，碳排放降低了約86.1%。毫無疑問，這種集成自動化系統(tǒng)輔以熱解-FJH藕合策略，有利于將生物質(zhì)FG推向廣泛應(yīng)用領(lǐng)域。

以“相關(guān)研究成果”Continuous and low-carbon production of biomass flash graphene"問題發(fā)表于《Nature Communations》。

圖1. 展示了持續(xù)閃蒸石墨烯生產(chǎn)設(shè)備的設(shè)計與制造，包括檢測生產(chǎn)率和電流-電壓記錄。

圖2. 描述了生物質(zhì)/生物質(zhì)炭基閃蒸石墨烯的制備路徑和工藝，包括不同路徑下的揮發(fā)性釋放和結(jié)構(gòu)調(diào)整。

圖3. 評估各種閃光石墨烯的生命周期(用于一克石墨烯生產(chǎn))。

圖4. 繼續(xù)制備閃光石墨烯。

本研究開發(fā)的集成自動化系統(tǒng)和熱解-FJH技術(shù)，完成了生物質(zhì)閃蒸石墨烯的持續(xù)生產(chǎn)，顯著減少了生產(chǎn)中的碳排放。采用中等溫度的生物質(zhì)炭作為原料，通過優(yōu)化生產(chǎn)工藝，避免添加炭黑，降低能耗和碳排放。另外，生產(chǎn)的閃蒸石墨烯具有優(yōu)異的滲透性、催化性、太陽能吸收性等高純度和良好的應(yīng)用性能。這一成果不僅為閃蒸石墨烯的大規(guī)模生產(chǎn)提供了技術(shù)基礎(chǔ)，也為減少碳排放和促進可持續(xù)發(fā)展提供了新的思路。

原文：https://doi.org/10.1038/s41467-024-47603-y

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原標(biāo)題：“復(fù)材信息”Nat. Commun.：閃石墨烯連續(xù)低碳生產(chǎn)

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