复旦朱向东等Nature子刊：连续低碳生产闪石墨烯！

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复旦朱向东等Nature子刊：连续低碳生产闪石墨烯！
第一作者：朱向东, Litao Lin, Mingyue Pang
通讯作者：朱向东，王玉军，杨易，朱永官
通讯单位：复旦大学，中国科学院南京土壤研究所，重庆大学等
论文速览：
本研究提出了一种将生物质通过快速焦耳加热（Flash Joule heating, FJH）技术转化为闪蒸石墨烯（flash graphene, FG）的新方法。尽管FJH技术在将无穷无尽的生物质转化为FG方面具有巨大潜力，但由于缺乏集成设备，连续生产生物质FG一直面临挑战。
此外，传统的交流电-FJH（AC-FJH）反应在生产过程中由于大量热解挥发物的释放和碳黑的利用，导致了较高的碳足迹。为了解决这些问题，研究者们构建了一个集成自动化系统，并通过以能源需求为导向的分配方式，实现了低碳足迹下的连续生物质FG生产。通过使用可编程逻辑控制器灵活协调FJH模块化组件，实现了生物质FG生产的周转。
此外，研究还提出了热解-FJH耦合策略，通过初始的热解过程释放生物质热解挥发物，随后进行FJH反应，专注于优化FG结构。重要的是，具有适当电阻的生物炭足以启动FJH反应。因此，中等温度生物炭基FG生产过程中无需使用碳黑，展现出较低的碳排放（1.9 g CO2-eq g−1 graphene），与基于生物质的FG生产相比，减少了高达约86.1%的碳排放。毫无疑问，这种集成自动化系统辅以热解-FJH耦合策略，有助于将生物质FG推向广泛的应用领域。
图文导读：
复旦朱向东等Nature子刊：连续低碳生产闪石墨烯！
图 1：展示了连续闪蒸石墨烯生产设备的设计和制造，包括生产率的测量和电流-电压记录。
复旦朱向东等Nature子刊：连续低碳生产闪石墨烯！
图 2：描述了生物质/生物质炭基闪蒸石墨烯的制备路径和过程，包括不同路径下的挥发物释放和结构优化。
复旦朱向东等Nature子刊：连续低碳生产闪石墨烯！
图 3：对不同闪蒸石墨烯生产系统的生命周期评估，包括对温室气体排放的贡献分析、物质流动图、能源需求和生命周期环境影响的比较。
复旦朱向东等Nature子刊：连续低碳生产闪石墨烯！
图 4：连续生产闪蒸石墨烯的实验结果，包括样品的结构和应用性能分析。
总结展望：
本研究开发的集成自动化系统和热解-FJH技术，实现了生物质闪蒸石墨烯的连续生产，并显著降低了生产过程中的碳排放。通过优化生产过程，使用中等温度的生物质炭作为原料，避免了碳黑的添加，减少了能源消耗和碳排放。
此外，所生产的闪蒸石墨烯具有高纯度和良好的应用性能，如优异的分散性、催化性能和太阳能吸收性能。
这些成果不仅为生物质闪蒸石墨烯的大规模生产提供了技术基础，也为减少碳排放和推动可持续发展提供了新的思路。
文献信息：
标题：Continuous and low-carbon production of biomass flash graphene
期刊：Nature Communications

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