室温石墨化!仅用一步,科创团队让秸秆变身石墨烯类材料!

楼市   2024-12-24 06:01   山东  

将秸秆在室温下一步转化为石墨烯,这是什么“天方夜谭”?


近日,浙江大学杭州国际科创中心(简称科创中心)未来科学研究院王端超研究员联合清华大学郭庆辉研究员,诺奖得主、美国西北大学J. Fraser Stoddart教授研发了一种一步脱水缩合法,该方法仅使用浓硫酸,即可在室温下从生物质中以克为单位经济且绿色地制备石墨烯相关二维材料(GR2M)目前,相关研究成果发表在Nature Sustainability上。

石墨烯领域权威专家、美国工程院院士James M. Tour教授对该项成果做了亮点新闻报道(Nat. Sustain. 2024, 7, 1558–1559),他指出,王端超研究员和团队创新性地利用纤维素废物制备出了石墨烯相关二维材料(GR2M这种温和而有效的方法为可持续废物管理铺平了道路,也为循环经济做出了贡献


什么是石墨烯?


石墨烯是一种由碳原子紧密排列而成的蜂窝状结构的二维晶体,看上去近似一张六边形网格构成的平面。James M. Tour教授指出,石墨烯是目前已知最薄的材料,具有超高强度、超强导电性和超大表面积,在复合材料、电池、电子产品甚至医疗应用中都表现出卓越性能,受到科研界和产业界的青睐。


为什么石墨烯的制备这么难?


目前,大规模生产石墨烯类材料仍然存在一些障碍,这些方法依赖于对石墨矿物的剥离,其制备工艺成本高、不可持续,同时还需要在苛刻和危险条件下执行多个复杂步骤。生物质通过植物光合作用储存太阳能并吸收二氧化碳,是自然界中可持续的富碳有机物来源,但它们须超过2000℃的温度石墨化,被认为是一种极高耗能的产业


团队提出了什么解决方案?


研究团队提出了一种革命性的脱水缩合(D-C)方法,可以在室温下将生物质转化为还原氧化石墨烯(RGO),且无需催化剂或惰性气体保护


王端超研究员介绍道,与传统的能源密集型方法不同,D-C方法是在常压下使用浓硫酸(H2SO4)开展的RGO制备(如图),主要由纤维素组成的生物质在浓硫酸的作用下水解成葡萄糖,葡萄糖发生脱水和缩合,形成石墨烯微晶。

图注:D-C法在室温下一步将生物质转化为RGO的机理示意图和能耗对比图


此外,团队还以多种生物质原料为前体进行了普适性实验,发现白杨木、麦秆、毛竹、茅草、生姜及亚麻都可以通过一步D-C法在室温下成功转化为石墨烯。进一步的,团队在分子层面的解析使D-C法推广到了所有的碳水化合物,得到了室温转化的范式。也就是说,所有复合Cx(H2O)y分子结构的碳水化合物都可以通过D-C法一步转化为GR2M,无需能耗
图注:碳水化合物的DC反应性验证,提出了的纯碳反应范式;以碳水化合物为原料制备的D-C RGO的拉曼mapping和AFM 图


团队的解决方案有什么特点?


团队通过进一步实验研究表明,D-C方法对反应条件要求更低,可以实现在25°C室温下和大气压下同步运行。此外,该方法可以大规模节省时间和能源,整个反应可以在4小时内完成,明显短于传统的、超10小时的石墨化,能耗降低了98%,几乎达到了能耗的理论最低值。

那么,D-C方法产量是否稳定?团队也给出了答案。依托该方法产出的生物质类型的产量稳定在33%左右,还避免了有毒化学物质,降低了成本,并最大限度地减少了能源消耗,提供了一种可扩展的绿色替代方案。


历时上百个样品的实验和验证,团队最终实现了将生物质的石墨化温度从2000℃降低至25℃!系统性的实验和论证,在王端超研究员看来,更像是一场与未知世界的对话,每一个实验,都是对科学真理的一次试探,无论结果如何,都是向科学真相迈进的一步。


科技创新是促进可持续发展目标实现的关键变量,基础科学研究又是科技创新的源头活水。以此项研究为起点,团队希望,自然研究界的思想变革和创新能够被进一步激发,全球科技界一同携手共进,建设一个可持续发展的地球。


文字/图片:孔晓睿

编辑:何心怡

审核:潘怡蒙


来源:浙大杭州国际科创中心

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2025锂电气相硅碳与石墨创新发展大会


主办单位:南墅石墨矿、锂电新材料

总 冠 名:晚宴、支持单位、展台等征集中

大会时间:2025年6月10-11日

大会地点:中国 南京

联合主办:征集中....

山东中建恒信技术咨询有限公司

继续征集中....

协办单位:征集中....

承办单位:恩墨(山东)新材料有限公司

赞助单位:征集中....

济宁特碳新材料有限公司

河南明洋机械设备有限公司

继续征集中....

参展单位:

吉林敦化林机新能源有限公司

菏泽市卓艺塑编有限公司

常州欧鹏干燥设备有限公司

深圳市美景环保设备科技有限公司

继续征集中....

椅背广告:征集中....

参会证广告:征集中....



会议背景


随着全球能源转型的加速和新能源汽车产业的蓬勃发展,锂电气相硅碳与石墨作为锂离子电池的关键材料,正迎来前所未有的发展机遇与挑战。为了深入探讨锂电气相硅碳与石墨的最新研究成果、技术创新及产业发展趋势,加强行业交流与合作,实现全行业资源共享,信息互通,优势互补,合作共赢,同时为学术界和产业界实质性对接交流提供平台和合作契机,“2025锂电气相硅碳与石墨创新发展大会”定于2025年6月10-11日在南京市召开,我们诚挚邀请您莅临“2025锂电气相硅碳与石墨创新发展大会”。透析市场热点、把脉行业前景,推动新能源产业的持续健康发展!

欢迎各单位积极组织参加,现将有关事项通知如下:



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会议主题内容




一、主题演讲

1、邀请行业权威专家、学者及企业领袖,就锂电气相硅碳与石墨的技术创新、应用进展、市场趋势等进行深入剖析。

2、锂电气相硅碳与石墨在全球能源转型、新能源汽车发展中的角色与前景

3、锂电气相硅碳与石墨材料的最新研究成果、技术突破及未来发展方向

4、硅碳负极材料产业化过程中的硅沉积问题探讨

5、单壁碳纳米管对硅碳负极的作用

6、硅碳负极粘结剂现状

7、硅粉现状及未来新机遇

8、CVD 沉积用硅烷纯度及控制

9、硅烷特气运输安全及控制

二、专题研讨:
1、围绕锂电气相硅碳与石墨的材料制备、性能优化、电池应用、回收再利用等热点议题,促进学术交流与思想碰撞。
2、锂电气相硅碳与石墨材料的合成方法、改性技术及其对电池性能的影响
3、锂电气相硅碳与石墨在锂离子电池中的应用案例,讨论其在不同场景下的性能表现与系统集成挑战
三、成果展示:设立展览区,展示锂电气相硅碳与石墨领域的最新研究成果、技术产品及应用案例,为参会者提供直观感受和交流平台
四、 商务对接
1、组织商务对接活动,为参会企业搭建合作桥梁,促进产学研用深度融合与产业链上下游协同发展。
2、商务对接会:为参会企业、科研机构及投融资机构提供交流平台,促进项目合作、技术转移及资本对接
3、合作签约仪式:在会议期间举行合作签约仪式,见证重要合作项目的达成




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参会对象             




锂电气相硅碳与石墨领域的企业代表、科研人员及技术人员;

新能源汽车、储能电站、便携式电子设备等相关行业的有关人员;

投融资机构、行业协会、媒体等各界人士;

负极材料研究机构及高校课题组成员;

锂电、石墨领域设备、检测仪器设备、环保设备等其他设备企业。



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会议注册与联系方式




一、会议注册


1、本次会议3月31日前报名转发本文到朋友圈会议费全免每单位限2人,超出人员按正常收费标准缴费;(免费报名需经过会务组审核方可有效,分享朋友圈获取20个赞,免费人员不包含餐,须缴餐费600元,缴费成功视为报名成功,过331日按正常收费标准收费)。限200

2、参会代表注册费含会议资料、茶歇、午餐、晚宴等费用;

3、会议统一安排食宿,住宿费自理;

4、发票内容为会议费,开具增值税普通发票,不开增值税专用发票;

注:所有人员凭参会证入场!提前注册缴费!

二、参展及赞助

1、本次会议设置总冠名、联合主办、协办单位、赞助单位、支持单位、手提袋、胸卡挂绳、椅背广告、酒水赞助、会议视频广告(会议室大屏播放)晚宴礼品、笔本赞助、茶歇赞助等会议赞助类别。

2、参展商:每个展位费用:15000元,包括4人午餐、晚宴费用,展台费用,2份资料费用等。

3、实际尺寸2.2米宽×2.4米高

三、汇款信息

  名:恩墨(山东)新材料有限公司

开户行:中国建设银行股份有限公司日照济南路支行

  号:37050171614100001452

  号:105473200085

扫码报名

付款请注明:气相硅碳会议+单位名称,并将付款凭证保留,便于报到时查验。缴费成功后,请保持手机畅通,会务组会尽快与您联系,感谢您的支持!

备注:南京2025锂电气相硅碳会议

开票注意事项:增值税普通发票请提供单位名称及税号,发送邮箱1413686339@qq.com注:本次会议提供电子普票,并发送至参会代表的邮箱或微信,发票内容为会议费

欢迎有关企业、公司联合主办、协办、赞助本次会议,组委会将提供周到、精准的平台服务。另外,会议设有企业新技术、新装备产品展示区,因展位数量有限,如有意向请尽快联系。


组委会联系方式

吕健飞 13264594991(微信同号)

    15315983672(微信同号)


感谢参加2025锂电气相硅碳与石墨创新发展大会!



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