大多數(shù)塊狀石墨烯的生產(chǎn)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(xué)處理。雖然將石墨化學(xué)氧化為氧化石墨烯可促進(jìn)剝離，但它需要強(qiáng)氧化劑，且在后續(xù)還原步驟中會使得石墨烯出現(xiàn)穿孔結(jié)構(gòu)缺陷。自下向上合成高質(zhì)量石墨烯的方法，如果采用化學(xué)氣相沉積或先進(jìn)的合成有機(jī)方法，往往局限于超微量;如果采用整體溶液，則會產(chǎn)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(nèi)獲得克量級的石墨烯。該產(chǎn)品以其生產(chǎn)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(jié)構(gòu)（即，幾乎沒有順序）。FG合成不需要加熱爐，不需要溶劑或反應(yīng)氣體，其產(chǎn)量取決于來碳源的含量。當(dāng)使用高碳源（例如炭黑，無煙煤或煅燒焦炭）時，產(chǎn)量為80%至90%，而碳純度可達(dá)99%以上，且生產(chǎn)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(qiáng)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(shí)了FG的渦輪應(yīng)變堆積，這與渦輪應(yīng)變石墨有著明顯的區(qū)別。FG層的無序取向有利于其在復(fù)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(fù)合材料中。
Fig. 1由多種碳源合成FG。a，F(xiàn)JH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(jié)果：拉曼光譜，XRD光譜和TEM圖。
Fig. 2 FJH關(guān)鍵參數(shù)。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(yīng)的時間-溫度圖。 d，CB-FG在不同的持續(xù)時間內(nèi)反應(yīng)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(xué)模擬。
Fig. 4 CB-FG的擴(kuò)大規(guī)模和應(yīng)用。a，用于合成FG的不同尺寸和形狀的FJH石英管。b，F(xiàn)G在水-Pluronic（F-127）溶液中的分散度（1%）。c，F(xiàn)G在5 g l
-1的各種有機(jī)溶劑中的分散度。d，水泥與FG混合的機(jī)械性能。
相關(guān)研究成果于2020年美國休斯頓萊斯大學(xué)化學(xué)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
