【古今談】玉米芯提取生物石墨烯

范舉

5年之內，電動汽車將會大行其道，5G互聯網又可以控制電動汽車，使之變成了在高速公路上無人駕駛狀態，將來就不會再發生汽車連環相撞的事件。但是出現了一個新問題，大量的電動汽車製造出來，將來的鋰鈷電池的使用壽命大概是5年，怎樣處理這些電池，將會非常頭痛。

所以由現在起，中國就開始研究更加環保的生物性的汽車的電池，就是用玉米芯提取生物石墨烯，再用石墨烯造成最輕巧的電池，重量大大降低，成本大大節省，功能大大提高。

中國是一個農業大國，種植水稻的稻草、玉米秸稈、玉米芯等含有木質物質的農作物廢材料，將來大有用途，可以製成纖維素，再加工成生物質的石墨烯。

由黑龍江大學和濟南聖泉集團股份有限公司聯合完成的「生物質石墨烯材料綠色宏量製備工藝」項目通過專家組鑑定，鑑定結果認為該項目在國際上首創從生物質中提取製備石墨烯材料的技術路徑。原來，正規的石墨烯是從礦物質石墨提煉出來的，石墨礦是煤礦經過地球內部的壓力所壓成的，煤礦則是由於大量的食物受到地球壓力所變成的。玉米秸稈、玉米芯提煉出生物的石墨烯，不過是模仿了地球的物質的進化過程。

不過地球這個進程要十多億年，玉米秸稈、玉米芯提煉製造生物石墨烯，可以濃縮到兩三天。這是科學的飛躍的進步。生物質中僅玉米芯的年產量就高達1億噸，大部分集中於東北三省、山東省、河北省，年產100噸生物質石墨烯材料所支撐的產品線可帶來產值3至5億元。

生物石墨烯除了可以製造汽車電池外，由於石墨烯還具有毒性低、比表面積大等優異性能，在藥物載體方面蘊含着潛在的應用價值，將來可以製成治療癌症的標靶藥物。石墨烯作為載體的複合物在模擬天然酶方面也具有很大的應用，利用簡單方法製備出的氧化石墨烯-Fe3O4磁性納米複合物具有天然酶所不能及的高活性、廣泛的溫度和pH值依賴性，石墨烯更以其共軛平面結構對底物分子的富集以及與底物之間的快速電荷轉移，對模擬酶活性的提高起到很大的輔助作用。今後對於研究人類的基因藥物和病毒、細菌的檢測劑，做到了藥效高，生產成本低的效果。

石墨烯具有更高的導電性、較好的柔韌性和豐富的資源。清華大學吳德海課題組用石墨烯直接與硅接觸形成肖特基結，製備了石墨烯和硅肖特基結太陽能電池，電池效率達到了1.7%。隨後該課題組將石墨烯和碳納米管薄膜複合在一起製備成透明導電薄膜，這種薄膜與硅形成太陽能電池效率達到5.2%。韓國科學家利用CVD方法實現了石墨烯柔性透明導電膜的圖案化生長，其透光率可達80%。石墨烯的親水性衍生物--氧化石墨烯，成為製備超濾分離膜的理想選擇。

聚醯胺反滲透膜填充氧化石墨將為生物電子學的研究帶來新領域發揮巨大的效能，如作太空電梯纜線、高頻電路、代替矽用於生產超級電腦、用於光子感測器、納電子器件等；石墨烯基質複合材料是以石墨烯與其它成分複合後製備的材料，同時具備石墨烯和所複合材料的優越性，也是近來人們研究的熱點。它可分為石墨烯無機複合材料、石墨烯聚合物複合材料和其它石墨烯複合材料3類，石墨烯在增強複合材料方面體現了優異的性能，超越了碳納米管，可用於製造風力渦輪機和飛機機翼的增強複合材料。

此外，石墨烯可用作吸附劑、催化劑載體、熱傳輸媒體等，石墨烯的結構特殊、性能優異使得其具有廣泛的應用前景。

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