石墨烯生产技术为石墨开采提供了绿色替代方案

瑞典的研究人员报告了一种绿色替代品，可以减少对采矿石墨的依赖，采矿石墨是“神奇材料”石墨烯背后的原材料。在Small杂志上，KTH皇家理工学院的研究人员表示，他们已经开发出一种可重复和可扩展的方法，用于从商业碳纤维中生产氧化石墨烯（GO）纳米片，这标志着可持续纳米材料合成的突破

该过程涉及用硝酸剥离碳纤维，这可以提供高产量的一原子厚的氧化石墨烯片，其特性与来自开采石墨的商业GO相当

氧化石墨烯是一种被广泛研究的纳米材料，当其薄片堆叠在一起，形成类似于石墨的层时，可用于汽车电池。它在高性能复合材料、水净化和电子设备中也很有用。然而，从开采的石墨中合成需要苛刻的化学物质，并且由于石墨纯度的变化，通常会导致材料不一致

KTH聚合物材料教授Richard Olsson表示，概念验证是用聚丙烯腈（PAN）衍生的碳纤维进行的，聚丙烯腈是一种广泛使用的聚合物，会经历高温氧化和石墨化。他说，这种方法可以用其他原料来源复制，比如生物质或林业支流等原料来源

奥尔森指出，电动汽车电池市场可以从新技术中受益。“石墨电池功能的核心可以在内部的层状石墨烯中找到，可以使用这种方法从商业碳纤维中收获，”他说

“汽车制造业的未来将建立在基于电池的动力之上，问题是石墨的来源是哪里？他们将需要替代品。”

该方法包括在水浴和硝酸中使用电化学氧化过程来转化碳纤维

浴充当导体，当电流通过碳纤维时，材料开始失去电子，从而改变表面，就像汽车上的铁锈一样。在这种情况下，这种转变导致纳米级氧化石墨烯层从碳纤维表面剥离

这项研究发现了一个窗口，在这个窗口中，只有5%的硝酸非常适合制造这些尺寸在0.1到1微米之间、厚度均匀约为0.9纳米的微小纳米片。值得注意的是，以这种方式合成的GO纳米片呈圆形和椭圆形，与天然开采石墨合成的GO的典型多边形形成鲜明对比

与现有的合成方法相比，新方法每克碳纤维可获得200毫克GO的高产率。他说，这种高效的转化率使大规模生产成为可能，解决了纳米材料合成中的一个关键挑战

为了确保纳米片符合质量标准，研究人员使用多种先进技术检查和测量了材料的性能和结构

该研究还探索了在氧化前从商用碳纤维上去除保护性聚合物涂层的方法，在580°C下加热两个小时，在1200°C下冲击加热三秒钟，这两种方法都被证明是有效的。研究表明，纤维内的导电性质在电化学剥落过程中起着至关重要的作用

奥尔森说，研究人员的下一步工作包括调查碳纤维的生物基来源，深入研究这一过程是如何运作的 More information: Alba Español et al, Making Synthetic 2D Graphene Oxide Nanosheets by Electrochemical Oxidation of Commercial Carbon Fibres, Small (2025). DOI: 10.1002/smll.202408972

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