成果简介
本文，复旦大学熊诗圣研究员团队在《ACS Omega》期刊发表名为“Concentrated Solar Induced Graphene”的论文，研究开发了一种绿色、简便、快速的方法，利用集中的太阳辐射直接从香蕉皮、哈密瓜皮、椰子皮和橘子皮等常见生物质材料中制备石墨烯。这种方法的基本原理是光热转换。在阳光明媚的日子，阳光通过双凸透镜聚光，形成1000℃以上高温的聚焦光斑，可在2~3s内将果皮直接转化为石墨烯纳米片。该产品基于用于生成它的过程而被命名为聚光太阳能诱导石墨烯 (CSIG)。
使用一系列分析技术对所得CSIG进行表征。扫描电子显微镜、透射电子显微镜和 X 射线衍射用于确认CSIG由几层乱层石墨烯纳米片组成。原子力显微镜表征表明，CSIG 纳米片的厚度约为4nm。还探索了CSIG的抗菌潜力。CSIG对大肠杆菌的生长有很强的抑制作用。这种用于生产石墨烯的简单、绿色和直接的方法可能会开辟一条将废物转化为有用材料的新途径：通过使用太阳能跟踪透镜系统，可以很容易地利用这种取之不尽的、无污染的自然资源进行大规模生产石墨烯材料直接来自低成本的生物质材料。
图文导读
图1. 利用聚光太阳辐射从香蕉皮中制备石墨烯的示意图。
图2. 通过在 (A) 香蕉皮、(B) 哈密瓜皮、(C) 椰子壳和 (D) 橙皮上使用集中的太阳辐射将石墨烯图案化成字母“CSIG”形状的照片。(E) 使用集中的太阳辐射在哈密瓜果皮上将石墨烯图案化成 12 个线宽约为 2 mm 的叉指电极的照片。CSIG 的拉曼光谱来自 (F) 香蕉皮、(G) 哈密瓜皮、(H) 椰子壳和 (I) 橙皮。
图3. CSIG 的高分辨率C1s XPS光谱。
图4. (A) CSIG 纳米片在导电胶带上的 SEM 图像。(B) 云母基板上 CSIG 纳米片的 AFM 高度图像。(C) AFM 图像的相应高度剖面。(D) 碳涂层铜网格上 CSIG 纳米片的低放大倍率和 (E) 高分辨率 TEM 图像。(F) CSIG 纳米片的 SAED 图案。
图5. (A)在没有CSIG的情况下，在 37°C下孵育6 小时后大肠杆菌细胞的SEM 图像。(B)大肠杆菌细胞在 37°C 下与浓度为 200 μg/mL 的 CSIG 分散体孵育 6 小时后的 SEM 图像
小结
本文开发出一种节能环保的方法，通过在环境大气中使用集中的太阳辐射从果皮废料中制备石墨烯。该技术的基本原理是利用双凸透镜将普通阳光转化为强烈的热能，在 2-3 秒内将果皮直接转化为石墨烯纳米片。这项工作在以节能环保的方式将废物转化为有用材料方面迈出了重要而有意义的一步。未来，借助太阳能跟踪透镜系统，可以轻松利用无成本、无污染、取之不尽的太阳能从废物中大规模生产石墨烯材料。
文献：https://doi.org/10.1021/acsomega.2c02159
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