大多數塊狀石墨烯的生產采用自上而下的方法，即剝離石墨，但該方法通常需要大量的溶劑和高能混合、剪切、超聲波或電化學處理。雖然將石墨化學氧化為氧化石墨烯可促進剝離，但它需要強氧化劑，且在后續(xù)還原步驟中會使得石墨烯出現穿孔結構缺陷。自下向上合成高質量石墨烯的方法，如果采用化學氣相沉積或先進的合成有機方法，往往局限于超微量;如果采用整體溶液，則會產生缺陷。在這里，我們通過快速焦耳加熱廉價碳源（例如煤，石油焦炭，生物炭，炭黑，廢棄食品，橡膠輪胎和混合的塑料廢料），可以在不到一秒的時間內獲得克量級的石墨烯。該產品以其生產工藝命名為快速石墨烯（FG），在堆疊的石墨烯層之間顯示出渦輪層排列結構（即，幾乎沒有順序）。FG合成不需要加熱爐，不需要溶劑或反應氣體，其產量取決于來碳源的含量。當使用高碳源（例如炭黑，無煙煤或煅燒焦炭）時，產量為80%至90%，而碳純度可達99%以上，且生產過程不需要任何凈化步驟。拉曼光譜分析顯示FG存在一個低強度或缺失的D帶，這表明FG是迄今報道的石墨烯中最低缺陷濃度之一，并證實了FG的渦輪應變堆積，這與渦輪應變石墨有著明顯的區(qū)別。FG層的無序取向有利于其在復合材料形成過程中混合后迅速剝落。FG合成的電能成本僅為每克7.2千焦耳，這可使FG適用于塑料，金屬，膠合板，混凝土和其他建筑材料的大塊復合材料中。
Fig. 1由多種碳源合成FG。a，FJH過程示意圖。b–d，CB-FG的HR-TEM圖。e，來自各種碳源的FG的表征結果：拉曼光譜，XRD光譜和TEM圖。
Fig. 2 FJH關鍵參數。a，CB-FG的拉曼光譜。b，CB-FG在不同電壓下的I2D/G和ID/G比。c，CB-FG在不同溫度下反應的時間-溫度圖。 d，CB-FG在不同的持續(xù)時間內反應的時間-溫度圖。e、不同壓縮比下的CB-FG的拉曼光譜。f, c中CB-FG樣品的拉曼光譜。g，d中CB-FG樣品的拉曼光譜。
Fig. 3 分子動力學模擬。
Fig. 4 CB-FG的擴大規(guī)模和應用。a，用于合成FG的不同尺寸和形狀的FJH石英管。b，FG在水-Pluronic（F-127）溶液中的分散度（1%）。c，FG在5 g l
-1的各種有機溶劑中的分散度。d，水泥與FG混合的機械性能。
相關研究成果于2020年美國休斯頓萊斯大學化學系James M. Tour課題組，發(fā)表在Nature (https://doi.org/10.1038/s41586-020-1938-0)上。原文：Gram-scale bottom-up flash graphene synthesis
