基于等离子体的新型技术设计可将石墨烯产量提高 22% 以上

石墨烯比钻石更硬、比钢铁更强、像橡胶一样柔韧、比铝更轻。这些只是石墨烯的部分特性。尽管这种材料近年来在科学界引发了极大的兴趣，但目前仍没有足够廉价和可持续的方法来进行高质量的工业化生产。

科尔多瓦大学（UCO）的一个研究小组刚刚在一份科学杂志上发表了一个新的原型，这恰恰代表着向大规模生产这种材料迈出了一大步，这种材料于 2004 年首次被合成，六年后负责人获得了诺贝尔奖。这种新的技术设计已经注册为专利，并在该团队之前的一项专利基础上进行了评估，它将石墨烯的产量提高了 22% 以上，同时还保持了用这种技术合成的石墨烯的高品质。

图片：研究员弗朗西斯科-哈维尔-佩雷斯和罗西奥-林孔在实验室中  来源：科尔多瓦大学

等离子体：由闪电构成的物质

等离子体是一种部分电离的气体，通常被称为物质的第四态。虽然存在自然等离子体，如闪电和北极光，但它们也可以在实验室中人工生成。该研究的第一作者弗朗西斯科-哈维尔-莫拉莱斯强调说，等离子体的一大优点是 “它是一种高能介质，能够非常容易地分解有机分子”。具体来说，研究小组使用这种等离子体火炬分解乙醇，并重新排列分子中的碳原子，从而创造出石墨烯。

优化能量的法拉第笼

虽然这种石墨烯合成工艺已经获得了该研究小组的专利保护，但这项研究的创新之处在于，由于该工艺的能量优化，石墨烯的产量大大增加。正如该研究小组的主要研究员 Rocío Rincón 所解释的那样，该研究小组之前的研究表明，所提供能量的近 43% 被耗散和浪费掉了。这是一个明显的例子，说明了科学界经常出现的情况：一个发现导致另一个发现，应用研究建立在基础研究的基础之上。

正是为了避免这种宝贵的能量损失，研究小组在等离子体周围建造了一个法拉第笼，这是一个充当电磁屏蔽的金属网，类似于微波炉用来将系统与外界隔绝的屏蔽罩。这样一来，根据研究结果，以前每分钟和每瓦特能产生 4.3 毫克石墨烯，而使用这种新的屏蔽装置，能最大限度地利用等离子体的能量，在相同的时间和功率下，能产生 5.2 毫克石墨烯。

这项研究由科尔多瓦大学 “等离子体创新实验室 “研究小组与能源和环境化学研究所（IQUEMA）合作完成，后者部分负责对所生产的石墨烯的质量进行评估。

文章信息

JOURNAL：Chemical Engineering Journal

DOI：10.1016/j.cej.2024.155088

ARTICLE TITLE：Increasing the production of high-quality graphene nanosheet powder: The impact of electromagnetic shielding of the reaction chamber on the TIAGO torch plasma approach

ARTICLE PUBLICATION DATE：23-Aug-2024