空白键|从垃圾到昂贵的石墨烯，可能只需要几毫秒
美国莱斯大学开发的“闪蒸石墨烯”技术 ， 能将各种垃圾在一阵光和热中转变为石墨烯 。 在10毫秒内 ， 任何碳源都可以转变为这种值钱的二维材料 。
将垃圾转化为石墨烯
莱斯大学化学家James Tour的研究团队研发的一种新方法：能够将一切碳源材料转变为昂贵的石墨烯薄片 。 此外 ， 这种方法既迅速又便宜 。 Tour表示 ， 相较于其他石墨烯的生产方式 ， “闪蒸石墨烯”技术仅需耗费一小部分能源 ， 就可以将一吨煤、食物残渣和塑料转变为石墨烯 。
“这项技术十分重要 ， ”Tour认为 ， “全球每年因腐败而扔掉的食物多达30%到40% 。 此外 ， 解决大量的塑料垃圾也是一大难题 。 我们已经证实 ， 任何固态碳基材料 ， 包括混合塑料垃圾和橡胶轮胎在内 ， 都可以转变为石墨烯 。 ”
正如他们发在《自然》中上的研究 ， 将含碳材料在10毫秒内加热到3000开尔文（约5000华氏度）能制备闪蒸石墨烯 。 原材料几乎可以是任何含碳物质 ， 食物残渣、塑料垃圾、石油焦、煤、木屑以及生物炭都是极好的原材料 。 Tour还表示 ， “目前 ， 石墨烯的市场价为每吨67,000到200,000美元 ， 因此 ， 该一技术的前景十分广阔 。 ”
Tour说道 ， 只在粘合混凝土的水泥中加入0.1%的闪蒸石墨烯 ， 就可以将其对环境造成的巨大影响降低三分之一 。 据报道 ， 每年生产水泥排放的二氧化碳大约占人类排放二氧化碳总量的8% 。
这一可量产的过程有望迅速将任何任何含碳物质 ， 转变为大量的石墨烯 。 图中自左至右 ， 依次是本科实习生Christina Crassas ， 化学家James Tour ， 研究生Weiyin Chen 和 Duy Luong 。
“利用石墨烯强化混凝土 ， 可以减少建筑中的混凝土用量 ， 并进一步降低混凝土的生产和运输能耗 ， ”Tour补充道 ， “本质上讲 ， 我们捕获的是填埋的食物残渣而释放的温室气体 ， 包括二氧化碳和甲烷等 。 我们将那些碳转变为石墨烯并添加进混凝土中 ， 从而降低生产的混凝土造成排放的二氧化碳量 。 因此使用这种技术生产石墨烯 ， 是一个双赢的环境方案 。 ”
论文的联合作者、莱斯大学土木与环境工程、材料科学和纳米工程副教授Rouzbeh Shahsavari表示 ， “变废为宝是循环经济的关键 。 在Tour等研发的技术中 ， 石墨烯作为一种二维材料和强化剂 ， 能调控水泥的水合作用和强度 。 ”他同时也是C-Crete技术公司的总裁 。
Tour继续说道 ， 在过去 ， “石墨烯因价格昂贵 ， 无法实现上述应用 。 闪蒸过程不仅帮助我们改善垃圾处理 ， 同时还大幅降低生产成本 。 利用这一方法能将碳固定 ， 防止这些碳再次进入大气 。
这一加工技术与莱斯大学最近宣布的“创造零排放未来”的倡议非常吻合 ， 该倡议呼吁重新利用油气中的碳氢化合物生产氢气和固体碳 ， 从而实现二氧化碳的零排放 。 闪蒸石墨烯过程能够将固体碳转变为石墨烯 ， 并用于制造混凝土、沥青、建筑、汽车和服装等行业 。 ”
新方法的发现
在Tour的实验室 ， 文章第一作者、莱斯大学研究生Duy Luong研发出这种方法 ， 改进了以往的石墨烯的制备技术 。 这些技术包括 ， 从石墨上剥离以及在金属箔上进行化学气相沉积的方法 ， 来获得石墨烯 ， 需要的经济及劳动成本都更高 。
这一方法的一个优势是 ， 制造出的“涡轮层”石墨烯在层与层之间的堆叠并非十分紧密 ， 易于分离 。 Tour解释称 ， “诸如从石墨中剥离石墨烯这类生产方法 ， 得到的都是AB堆垛双层石墨烯 ， 因为层与层之间牢牢吸引 ， 很难分离开来 。 ”
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