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可用于电池领域!我国在月壤样本中首次发现这一天然材料

图1 CE-5月壤样品中天然石墨烯的先进电子显微结构表征和谱学分析

图1 CE-5月壤样品中天然石墨烯的先进电子显微结构表征和谱学分析

据吉林大学官方消息,科研人员通过对嫦娥五号钻采岩屑月壤(No. CE5Z0806YJYX004)的观察分析,首次发现了天然形成的少层石墨烯。这一发现为人们认识月球的地质活动和演变历史以及月球的环境特点提供了新见解,拓宽了人们对月壤复杂矿物组成的认知,为月球的原位资源利用提供了重要信息及线索。

过往报道指出,通过观测月球的全球碳离子通量,科研人员认为月球上存在原生碳,利用月球样品的表征研究来揭示原生碳相的晶体结构是可行的。石墨烯以其新奇的物理现象和非凡的特性,在包括行星和空间科学在内的广泛领域发挥着越来越重要的作用。据估计,星际碳总量中约1.9%是以石墨烯的形式存在,其形态和性质由特定的形成过程决定,因此天然石墨烯的组成和结构特征将为星体的地质演化和月球的原位资源利用提供重要的参考和信息。

图2 少层石墨烯在月球上可能形成过程

图2 少层石墨烯在月球上可能形成过程

在该项研究中,科研团队采用电镜—拉曼联用技术,在月壤样品含碳量相对较高的位置采集了拉曼光谱,确认了月壤样品中石墨碳的结晶质量相对较高。值得注意的是,月壤样品中存在碳的区域含有铁化合物,这与石墨烯的形成密切相关。通过扫描电子显微成像、透射电子显微成像、冷冻条件下球差电镜的高角环形暗场像和高分辨像、能谱和电子能量损失谱、飞行二次质谱等多种表征技术的综合运用及测试结果的多方面严谨比对分析,探究并证实了月壤样品中检测到的石墨碳是少层石墨烯(2—7层),并提出少层石墨烯和石墨碳的形成可能源于太阳风和月球早期的火山喷发共同诱导的矿物催化进程。

此外,2023年8月,工信部、国资委发布前沿材料产业化重点发展指导目录(第一批),其中石墨烯等15种前沿材料在列。

指导目录显示,石墨烯的性能特点为:碳原子以sp2杂化共价键连接形成的二维碳材料,具有优异的光、热、力、电性质,兼具良好的化学稳定性。包括高导电石墨烯铜基复合材料、石墨烯电极材料等。

石墨烯的潜在应用领域为:轨道交通、航空航天装备、新能源、新一代信息技术等。

另据公开资料显示,石墨烯目前在锂电池、锂硫电池、空气电池、储氢、超级电容等方向都可应用。其中,在锂电池领域,石墨烯可以应用于电极材料、导电添加剂以及隔膜材料等方面,以优化相关材料性能。

【责任编辑:肖何】

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