月壤中首次发现天然少层石墨烯

成果介绍

碳是了解行星体形成和演变的基本元素。月球的起源一直以来是广大学者争论的焦点。据报道，通过观测月球的全球碳离子通量，研究人员认为月球上存在原生碳，因此通过对月球样品的表征研究，来揭示原生碳相的晶体结构是可行的。石墨烯以其新奇的物理现象和非凡的特性，在包括行星和空间科学在内的广泛领域发挥着越来越重要的作用。据估计，星际碳总量中约有1.9% 是以石墨烯的形式存在，石墨烯的形态和性质有特定的形成过程决定，因此天然石墨烯的组成和结构特征将为星体的地质演化和月球的原位资源利用提供了重要的参考和信息。

研究团队首先采用电镜-拉曼联用技术，在月壤样品含碳量相对较高的位置采集了拉曼光谱，确认了月壤样品中石墨碳的结晶质量相对较高。值得注意的是，月壤样品中存在碳的区域含有铁化合物，与石墨烯形成密切相关。通过扫描电子显微成像、透射电子显微成像、冷冻条件下球差电镜的高角环形暗场像和高分辨像、能谱和电子能量损失谱、飞行二次质谱等多种表征技术的综合运用及测试结果的多方面严谨比对分析，探究并证实了月壤样品中检测到的石墨碳是少层石墨烯（2~7 层）。综合测试结果及数据分析，提出了少层石墨烯和石墨碳的形成机制，即石墨碳的形成可能源于太阳风和月球早期的火山喷发共同诱导的矿物催化进程。月壤中天然石墨烯的首次发现及机制探究，支持了月球含碳的观点，证实了月球含石墨烯的猜想，为未来的探月工程提供材料科学和无机化学方面的重要参考，为月球的原位资源利用提供了启发。

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