中國科學(xué)院工程科學(xué)大學(xué)熱科學(xué)與能源工程系主任夏衛(wèi)東研究團隊與南京碳藝科技有限公司合作，提出了一種新方法“利用磁分散電弧形成大面積均勻熱等離子體合成石墨烯”，突破了熱等離子體工藝或煤耗高、產(chǎn)品均勻性低、生產(chǎn)穩(wěn)定性不足的技術(shù)難點，有望實現(xiàn)規(guī)模化連續(xù)生產(chǎn)。 該研究成果近期發(fā)表在《nano-》和《》雜志上。

石墨烯（）具有優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)和機械性能，被認為是未來革命性的功能/結(jié)構(gòu)材料。 它在能源環(huán)境、生物醫(yī)學(xué)、電子元件、化工、民用航空航天等諸多方面有著重要的應(yīng)用。 利用射頻感應(yīng)加熱和微波加熱等離子體制備石墨烯需要消耗大量煤炭，無法工業(yè)化應(yīng)用。 熱等離子體熱解碳溴化合物合成石墨烯，由于等離子體濁度率隨著溫度降低而迅速上升，導(dǎo)致電弧手動收縮到很小的范圍，無法達到合成石墨烯所需的微秒級反應(yīng)時間加熱不均勻，產(chǎn)品均勻性差，煤耗高。 課題組研發(fā)的磁分散電弧形成大面積均勻等離子體技術(shù)，解決等離子體對材料快速均勻加熱的問題。 所制備的石墨烯平面尺寸為50μm，層數(shù)為2-5層。 顯示出良好的晶體結(jié)構(gòu)和較大的比表面積，產(chǎn)品均勻性好； 制備方法及設(shè)備簡單，一步合成，無需還原，無需底物、催化劑、溶液或酸，收率高（~14%），煤耗低至~0.4kW·h/g ，成本低，具有實現(xiàn)低成本大規(guī)模連續(xù)化生產(chǎn)的前景。

該研究工作探索了等離子體參數(shù)、原料二氧化碳組成與納米石墨烯形貌、層數(shù)和缺陷之間的關(guān)系，并明確了形成高含量石墨烯所需的工藝條件。 結(jié)合等離子體反應(yīng)器內(nèi)湍流溫度場的數(shù)值模擬和物理反應(yīng)動力學(xué)的估計，提出了石墨烯可能的生產(chǎn)機理：低碰撞頻率的成核前驅(qū)體有利于層狀（類）核的形成，并且在氫氣和低溫等離子體環(huán)境中保持豐富的平面生長。 石墨烯生產(chǎn)機理的闡述為產(chǎn)品生產(chǎn)控制提供理論指導(dǎo)。

團隊特聘副研究員王成和博士生陳賢輝分別為兩篇論文的第一作者。 夏衛(wèi)東是兩篇論文的通訊作者。 王成和葉桃紅副院長分別為兩篇論文的共同通訊作者。 該項目得到了國家自然科學(xué)基金委、中科院儀器專項基金和南京碳藝科技有限公司的資助。

論文鏈接：12

圖：不同模式的arc CCD圖像和石墨烯樣品測量結(jié)果

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