使用生物废物开发可持续的石墨烯基材料

关于石墨烯的合成，发表在ACS Applied Electronic Materials 杂志上的一项研究介绍了使用生物废物开发用于电子应用的石墨烯基材料。

研究：从自然资源和生物废物中开发用于电子应用的石墨烯基材料的可持续方法。图片来源：Kateryna Kon/Shutterstock.com

是什么让石墨烯如此特别？

石墨烯是一种二维六方晶格，由由强大的sp2-C键固定在一起的碳原子的压扁层组成。石墨烯最近由于其出色的机械和光学电子特性而引发了大量的研究。

已经观察到，石墨烯链的改变导致可变特性的改善，例如吸附性能，疏水性，抗菌活性和导电性，这些特性可用于各种应用。

由自然资源制成的石墨烯基材料提供了一个有吸引力的机会，通过与偶联专家的共价键合来展示明确的效用。这些专家改变了碳质相的性质，同时保持其不变，从而可以创建独一无二的多用途石墨烯基化合物。

石墨烯在材料科学中崭露头角的主要后果之一是寻找简单，经济高效且可扩展的方法来生产石墨烯。

自上而下的合成与自下而上的合成

有两种类型的合成技术：自上而下和自下而上。自上而下的制造方法是那些试图将分子结构分解到其原子水平的方法。常见的自上而下的合成方法的例子是石墨插层，机械剥落，电化学剥落，还原氧化石墨烯和碳纳米管切割。

在自下而上的技术中，碳源被用作基本构建块，石墨烯的变体是通过3D石墨的化学烧蚀产生的，这导致单层石墨烯的剥落。被归类为自下而上的方法包括化学气相沉积和金属碳铸造生长。

氧化石墨烯的兴起

自从Hummers的研究以来，已经确定石墨的氧化会产生GO的剥落膜。每当GO暴露于强大的还原试剂时，就会形成单个石墨烯薄膜，并且通常无需重新堆叠即可显着减少。

石墨烯的变体具有多种应用，如聚合物纳米复合材料，电化学器件和非均相催化。然而，合成石墨烯的各种修饰仍需要大量的溶剂，高能混合和电化学处理。

闪蒸石墨烯合成

闪蒸石墨烯工艺借助天然生物废弃物合成石墨烯。闪蒸石墨烯合成最显著的优点是工艺中不使用溶剂、反应气体或熔炉。

合成的产率由源中的碳量决定。高碳源可以提供从80%到接近90%的产量，碳的纯度超过99%。该过程还确保不需要任何净化程序。

这种有利的废物管理战略可能有助于实现废物最小化和建立有利于经济的城市废物管理计划。

结论

在这项研究中，该团队介绍了使用可持续自然资源合成石墨烯和石墨烯变体。这些资源包括鲜花，烹饪用品和生物废物。

该团队还讨论了多种形式的具有石墨化潜力的固体碳基废物，可用于制造高质量的石墨烯薄膜。此外，该团队指出，这些方法能够有效地将低价值，有害废物转化为有用且优质的石墨烯基NPs。

该团队强调，石墨烯可能为开发可穿戴电子产品提供一种有效的无金属替代品，即使在扭曲，拉伸和变形后也能继续发挥作用。

有人指出，石墨烯和相关材料现在因其可编程的物理特性，显着的形状以及增强的化学，电气和热能力而在许多领域引起了人们的兴趣。

该团队得出结论，尽管革命性材料的商业化可能至少需要几十年的时间，但专家们认为石墨烯将是第一个满足这一期限的人。

参考

Jindal, S., Anand, R., Niharika Sharma, N., Nisha Yadav, N., Mudgal, D., Mishra, R., & Mishra, V. (2022). Sustainable Approach for Developing Graphene-Based Materials from Natural Resources and Biowastes for Electronic Applications. ACS Applied Electronic Materials. Available at: https://doi.org/10.1021/acsaelm.2c00097