背景
乱层石墨烯由石墨烯片层错位、旋转和无序堆垛形成，弱层间耦合和较大的层间错配使其在离子传输、电荷传导、储能和电催化等方向具有潜在优势。相比机械剥离、CVD 和氧化还原等传统路线，生物质前驱体来源广、成本低、含碳量高，是制备碳材料的重要原料；但树叶等生物质含有大量羟基、羧基和醚键，其热转化伴随脱水、脱羧、脱氢和碳骨架重排，结构演化复杂，如何在极短时间内将其可控转化为乱层石墨烯仍需要明确的工艺窗口和结构证据。
论文概要
在本研究中，邹菁云团队以树叶粉末为前驱体，利用碳纳米管薄膜作为载体和加热元件，在氩气保护下通过碳热冲击实现生物质向乱层石墨烯的快速转化，并系统考察冲击功率和脉冲频率对产物结构的影响。实验显示，反应体系可在约 190 ms 内由 300 K 升至 2740 K，并在约 470 ms 内快速降温，体现出毫秒级快速升降温和短时高温维持的非平衡热环境。结果表明，适中冲击功率有利于降低缺陷并提高结晶度，其中 1200 W 条件下产物结构较优；提高脉冲频率可削弱层间范德华作用并促进片层剥离，从而减少石墨烯层数。该工作为低成本生物质制备乱层石墨烯提供了工艺参考。
图文解读
图 1 | 碳热冲击实现树叶前驱体快速石墨烯化
图 1 展示了碳热冲击装置、树叶到石墨烯的转化路径及产物形貌。碳纳米管薄膜既作为载体又作为电热元件，随功率从 800 W 升至 1400 W，反应区温度由约 1120 K 提高至 2785 K，前驱体经历碳化到石墨化转变。温度曲线显示体系在约 190 ms 内升至 2740 K，并在约 470 ms 内冷却，形成瞬态非平衡热环境；TEM/HRTEM 进一步证明产物具有褶皱片层、局部晶格条纹和约 0.368 nm 层间距，符合乱层石墨烯“局部有序、整体无序”的结构特征。
总结展望
这项工作的核心价值在于将低成本树叶前驱体与毫秒级碳热冲击耦合起来，证明生物质碳源可在瞬态非平衡热环境中快速转化为具有高结晶度、弱层间耦合和开放孔隙的乱层石墨烯。研究进一步明确了两个关键调控维度：冲击功率主要影响石墨化程度与热损伤之间的平衡，脉冲频率主要影响层数与堆垛状态。未来若能进一步结合 XPS、XRD、原位温度场模拟和电化学性能测试，建立功率-频率-结构-性能的定量关系，并验证连续化放大制备的均一性，该路线有望为生物质基石墨烯材料的绿色低成本制造提供更可操作的技术基础。
论文信息：Gu, X. et al. Study on the Preparation of Turbostratic Graphene from Leaf-Derived Precursors by Carbon Thermal Shock and Its Structural Evolution. Material Sciences, 2026, 16(6), 31-38. DOI: 10.12677/ms.2026.166135.
本文来自高温热冲击焦耳热超快合成，本文观点不代表石墨烯网立场，转载请联系原作者。
