石墨烯優(yōu)秀的物理化學(xué)性能和廣闊的應(yīng)用前景，在生物醫(yī)藥、電子通訊、航空航天、儲(chǔ)能等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。石墨烯制備方式主要分為：自上而下（top-dowm）"和“自下而上（bottom-up）"兩大類。目前，“自上而下"的制備方式主要是氧化還原法。但由于使用藥品具有強(qiáng)氧化性和還原性，反應(yīng)過程周期長(zhǎng)且存在一定的危險(xiǎn)性，且制備的石墨烯結(jié)構(gòu)存在缺陷，導(dǎo)電和導(dǎo)熱性不如機(jī)械剝離或CVD制備石墨烯。“自下而上"法是利用其他碳源，通過裂解沉積等方法，實(shí)現(xiàn)石墨烯的生產(chǎn)。其中化學(xué)氣相沉積法（CVD）是目前制備高品質(zhì)石墨烯好的方法，但是由于方法耗能較多，成本高且產(chǎn)量較低，無(wú)法大規(guī)模的投入日常生產(chǎn)。

無(wú)論是自上而下法還是之下而上法對(duì)于石墨烯制備的原材料純度要求較高，并且存在生產(chǎn)周期較長(zhǎng)、工藝復(fù)雜或成本較高等現(xiàn)實(shí)因素的制約，這些都限制了石墨烯行業(yè)的長(zhǎng)足發(fā)展。最近發(fā)展起來的焦耳熱閃蒸方法利用電容產(chǎn)生電弧放電，在短時(shí)間內(nèi)獲得超過3000K的溫度，并快速冷卻調(diào)整碳源（生物炭、炭黑、廢棄食品、橡膠輪胎和混合塑料廢物）內(nèi)部碳原子結(jié)構(gòu)，單次可制備克級(jí)石墨烯，為石墨烯制備提供了新的思路。

中國(guó)礦業(yè)大學(xué)朱榮濤課題組和文天精策儀器科技（蘇州）有限公司合作開發(fā)了焦耳熱閃蒸系統(tǒng)，并利用該系統(tǒng)，以價(jià)格低廉、性質(zhì)穩(wěn)定的煤瀝青為碳源，成功制備出了煤基石墨烯，并詳細(xì)分析了閃蒸工藝參數(shù)對(duì)煤瀝青基石墨烯表面自由基的影響。本研究利用閃蒸焦耳熱對(duì)煤瀝青石墨烯進(jìn)行了結(jié)構(gòu)調(diào)控，并對(duì)閃蒸處理前后煤瀝青的形貌、結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成等進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，閃蒸后樣品具有良好的石墨烯的二維形貌結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步，利用焦耳熱閃蒸技術(shù)對(duì)煤瀝青基石墨烯的結(jié)構(gòu)缺陷、含氧官能團(tuán)進(jìn)行了有效調(diào)控，以調(diào)節(jié)煤瀝青基石墨烯表面自由基濃度。并將具有不同自由基濃度的石墨烯作為超級(jí)電容器的電極材料，研究了閃蒸煤瀝青石墨烯的電化學(xué)性能。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，閃蒸后的煤瀝青基石墨烯相比未處理的原始樣品表現(xiàn)更高的容量和良好的倍率性能，且具有動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性、較高的化學(xué)反應(yīng)性和高的電荷傳輸速率。該焦耳熱閃蒸技術(shù)工藝簡(jiǎn)單、設(shè)備要求低、綠色環(huán)保，對(duì)實(shí)現(xiàn)炭材料的結(jié)構(gòu)調(diào)控和性能改良具有良好的啟示作用。相關(guān)成果以中國(guó)礦業(yè)大學(xué)為第一單位，發(fā)表在化工領(lǐng)域頂刊《Chemical Engineering Journal》上。（Pengfei Huang, Rongtao Zhu, Xinxi Zhang, Wenjun Zhang，Effect of free radicals and electric field on preparation of coal pitch-derived graphene using flash Joule heating，Chemical Engineering Journal 450 (2022) 137999）

圖1 （a） 不同電壓下的閃蒸樣品；（b） 不同時(shí)間下的閃蒸樣品；（c）不同電壓下閃蒸樣品的光學(xué)照片；（d）不同時(shí)間下閃蒸樣品的光學(xué)照片

圖2 EPR表征閃蒸煤瀝青樣品 （a）不同閃蒸電壓下獲得的EPR信號(hào)；（b）不同閃蒸電壓下獲得的EPR信號(hào)的自由基濃度和g因子大小；（c）不同閃蒸時(shí)間下獲得的EPR信號(hào)；（d）不同閃蒸時(shí)間下獲得的EPR信號(hào)的自由基濃度和g因子大小。

圖3（a,b）不同電壓和時(shí)間下拉曼光譜圖，（c）拉曼光譜的分峰譜圖（d,e）ID/IG和La隨電壓和時(shí)間的變化