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第一作者：朱向東, Litao Lin, Mingyue Pang

通訊作者：朱向東，王玉軍，楊易，朱永官

通訊單位：復旦大學，中國科學院南京土壤研究所，重慶大學等

論文速覽：

本研究提出了一種將生物質通過快速焦耳加熱（Flash Joule heating, FJH）技術轉化為閃蒸石墨烯（flash graphene, FG）的新方法。盡管FJH技術在將無窮無盡的生物質轉化為FG方面具有巨大潛力，但由于缺乏集成設備，連續生產生物質FG一直面臨挑戰。

此外，傳統的交流電-FJH（AC-FJH）反應在生產過程中由于大量熱解揮發物的釋放和碳黑的利用，導致了較高的碳足跡。為了解決這些問題，研究者們構建了一個集成自動化系統，并通過以能源需求為導向的分配方式，實現了低碳足跡下的連續生物質FG生產。通過使用可編程邏輯控制器靈活協調FJH模塊化組件，實現了生物質FG生產的周轉。

此外，研究還提出了熱解-FJH耦合策略，通過初始的熱解過程釋放生物質熱解揮發物，隨后進行FJH反應，專注于優化FG結構。重要的是，具有適當電阻的生物炭足以啟動FJH反應。因此，中等溫度生物炭基FG生產過程中無需使用碳黑，展現出較低的碳排放（1.9 g CO2-eq g^?1 graphene），與基于生物質的FG生產相比，減少了高達約86.1%的碳排放。毫無疑問，這種集成自動化系統輔以熱解-FJH耦合策略，有助于將生物質FG推向廣泛的應用領域。

圖文導讀：

圖 1：展示了連續閃蒸石墨烯生產設備的設計和制造，包括生產率的測量和電流-電壓記錄。

圖 2：描述了生物質/生物質炭基閃蒸石墨烯的制備路徑和過程，包括不同路徑下的揮發物釋放和結構優化。

圖 3：對不同閃蒸石墨烯生產系統的生命周期評估，包括對溫室氣體排放的貢獻分析、物質流動圖、能源需求和生命周期環境影響的比較。

圖 4：連續生產閃蒸石墨烯的實驗結果，包括樣品的結構和應用性能分析。

總結展望：

本研究開發的集成自動化系統和熱解-FJH技術，實現了生物質閃蒸石墨烯的連續生產，并顯著降低了生產過程中的碳排放。通過優化生產過程，使用中等溫度的生物質炭作為原料，避免了碳黑的添加，減少了能源消耗和碳排放。

此外，所生產的閃蒸石墨烯具有高純度和良好的應用性能，如優異的分散性、催化性能和太陽能吸收性能。

這些成果不僅為生物質閃蒸石墨烯的大規模生產提供了技術基礎，也為減少碳排放和推動可持續發展提供了新的思路。

文獻信息：

標題：Continuous and low-carbon production of biomass flash graphene

期刊：Nature Communications

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