科学家利于新加工技术将垃圾制成高价值的“闪蒸石墨烯”

据外媒New Atlas报道，近年来石墨烯被作为一种能改变游戏规则的物质，但是生产这种新的材料仍需要改进的方法。莱斯大学的科学家报告说，他们该领域取得了重大突破-该团队展示了一种新的加工技术，该技术可以以廉价，高效的方式将各种垃圾产品转化为“闪蒸石墨烯”。

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凭借高的导热性和导电性，超薄的外形和令人难以置信的强度，石墨烯已经在材料科学领域开辟了一些令人兴奋的可能性。生产单原子厚的薄片的主要方法之一是通过化学气相沉积，即将碳源（通常为甲烷）泵入腔室以促使化学反应并在薄的基板表面上留下石墨烯薄片的过程。

莱斯大学化学家James Tour表示，这可能是一个费力且昂贵的过程，目前石墨烯的商业价格为每吨67000至20万美元。他带领一组研究人员开发了一种新的方式，将奇妙的材料放在一起，可以将各种形式的事物用作碳源，同时解决环境浪费。

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该过程利用了所谓的闪蒸焦耳加热，其中电流通过导电材料产生热量。使用这项技术将任何含碳材料加热到大约3000开尔文（大约4940°F或2730°C），在大约10毫秒内将垃圾变成石墨烯薄片，而所有剩余的非碳元素则变成有用的气体。

Tour表示：“当该过程工业化时，离开闪蒸反应器的氧气和氮气等元素都可能被捕集为小分子，因为它们具有价值。”这项新技术最有希望的方面是可用于生成石墨烯薄片的材料范围广泛。研究小组表示，从香蕉皮到煤炭，再到其他食物垃圾，甚至塑料都可以充当碳的来源，并被用来制造石墨烯，而成本仅是目前方法的一小部分。

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“这很重要，” Tour表示。“世界上有30％到40％的食物被扔掉了，因为它变质了，另外塑料废料引起了全世界的关注。我们已经证明，任何固体碳基物质，包括混合的塑料废料和橡胶轮胎，都可以转化为石墨烯。”

这项研究的另一个令人振奋的成果是，可以开发出价格便宜得多的石墨烯。该团队已经测试了由塑料和混凝土制成的复合材料，并用其“闪蒸石墨烯”增强了这种复合材料，事实证明后者特别有前途。Tour说道，仅含闪点0.1％“闪蒸石墨烯”的水泥可以将混凝土生产对环境的巨大影响减少三分之一。

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他表示：“通过用石墨烯增强混凝土，我们可以减少建筑用混凝土的数量，从而降低制造成本和运输成本。本质上，我们正在捕获会垃圾填埋场中的废弃食物可能会产生的二氧化碳和甲烷等温室气体。我们正在将这些碳转化为石墨烯，并将该石墨烯添加到混凝土中，从而降低了混凝土生产中产生的二氧化碳量。使用石墨烯是一种双赢的环境方案。”

Tour和他的团队希望继续完善其闪蒸石墨烯的生产，并在未来两年内扩大规模，每天生产2.2磅（1千克）的石墨烯。他们的近期重点将是一个新资助的项目，旨在将煤炭转化为闪蒸石墨烯。Tour说：“通过将煤炭廉价地转化为价值更高的建筑材料，可以为煤炭提供大规模的出路。”

这项研究发表在《自然》杂志上，而下面的视频则对该技术进行了概述。

相关链接：https://www.nature.com/articles/s41586-020-1938-0

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