干椰壳热解碳化法绿色合成高性能还原氧化石墨烯及其光电特性研究

本研究针对传统石墨烯制备方法环境污染大、成本高的问题，开发了基于干椰壳的绿色热解碳化法合成还原氧化石墨烯（rGO）。通过400°C和600°C两阶段热解，获得比表面积达356.9783 m2 /g、电导率提升至400 μS/cm的高质量rGO，其光学带隙随温度升高从1.95 eV降至1.53 eV。该成果为生物传感、气体检测等领域提供了环境友好型碳材料解决方案。

　　

研究背景
石墨烯作为"材料之王"虽具有2630 m²
/g的超高比表面积和5000 W m^-1
K^-1
的热导率，但传统制备依赖Hummers法等强酸氧化工艺，存在环境污染风险。而生物质转化技术中，化学还原法使用有毒试剂，水热法又效率低下。椰壳作为含碳量达75%的天然原料，其转化路径尚未充分开发。印度理工学院（ISM）丹巴德分校的研究团队创新性地将太阳能预处理与大气条件热解结合，实现了无化学添加的绿色合成突破。

关键技术
研究采用三步法：1）椰壳40-60%湿度下太阳能预处理（37-42°C，6h/天×3天）；2）管式炉400-600°C梯度热解；3）通过BET比表面积分析、X射线衍射（XRD）、拉曼光谱、X射线光电子能谱（XPS）、高分辨透射电镜（HRTEM）等表征材料特性，其中紫外可见近红外光谱（UV-Vis NIR）首次揭示了温度依赖的光学带隙变化规律。

研究结果
XRD和拉曼研究
600°C样品在2θ=24.29°和42.96°出现典型(002)/(100)晶面衍射峰，ID/IG强度比降至1.12，表明高温有效减少了氧官能团并改善结晶度。XPS显示C1s主峰位于284.6 eV，sp²
碳占比提升。

光电性能
比表面积随温度升高增加21%，600°C样品达356.9783 m²
/g；电导率289→400 μS/cm的跃迁源于sp²
域扩展；31.76 ?的平均孔径和1.85-86.71 nm的孔径分布赋予其优异吸附性能。

结论意义
该研究开创了生物质直接转化高性能rGO的新范式，相比文献报道值电导率提升30%。光学带隙1.53 eV的调控使其适用于柔性光电器件，而无需传统半导体掺杂工艺。印度DST和MeitY资助的这项工作，为发展中国家开发生物质石墨烯提供了可推广的技术模板，相关成果发表于《Materials Chemistry and Physics》。