安徽农业大学李斌教授Carbon Energy综述:闪速焦耳加热合成石墨烯及其他功能碳材料的研究进展

Carbon Energy

石墨烯等功能碳材料的传统合成技术（如化学气相沉积、氧化还原法）面临能耗高、周期长、碳排放强度大等重要挑战，发展低碳、高效、绿色合成新工艺迫在眉睫。闪速焦耳加热（Flash Joule Heating，FJH）技术以其毫秒级超快反应、无溶剂、无催化剂及接近100%的理论能量转换效率，为功能碳材料的绿色合成开辟了新途径。本文从FJH技术的碳源、设备、碳材料合成及应用、副产物到FJH技术规模化放大与环境影响评价的全链条视角出发，系统剖析FJH的技术内核与变革潜力，为其从实验室迈向工业化提供清晰的路线图。

安徽农业大学李斌教授等人系统梳理了FJH技术在功能碳材料合成领域的全面进展。从FJH技术原理与设备优化、碳源及其预处理等入手，深入解析了FJH合成石墨烯等功能碳材料的工艺特性，探究了FJH副产物形成机理与资源化路径，探讨了FJH技术的规模化应用、生命周期评价及技术经济性，并阐述了FJH功能碳材料在复合材料强化、能源存储及电催化等领域应用的竞争优势。最后，从材料结构精准调控、FJH连续生产装备开发及绿色电力供应系统构建等方面提出了FJH技术的未来展望与解决方案，为推动该技术从实验室创新迈向工业化生产指明了研究方向。该成果以“Review of Flash Joule Heating for the Synthesis of Graphene and Other Functional Carbon Materials”为题发表在Carbon Energy上。

本综述构建了FJH技术的“原理－设备－碳源－产物－副产物－技术放大－环境影响－技术经济性－应用”的全链条分析框架，全面总结了FJH技术在石墨烯等功能碳材料的合成及应用领域的研究进展，并展望了FJH技术在碳材料工艺产率提升、连续化宏量生产及绿色能源电力供应等方面的未来发展路径。

本综述系统阐述了FJH技术在石墨烯及其他功能碳材料制备中的应用。论文首先剖析了FJH技术的基本原理与核心设备，阐释其如何通过焦耳热效应在瞬间实现碳源超高温转化，并精准调控碳材料结构与性能。在此基础上，梳理了FJH技术在闪速石墨烯、碳纳米管、石墨烯纤维及硬碳等一系列碳材料可控合成中的微观机制与研究进展。探讨了FJH过程中挥发性副产物的生成机理，并评估了其资源化利用潜力。分析了当前FJH技术规模化生产在工艺收率、产物均一性、连续化放大和电力供应系统等方面面临的多重挑战。通过全生命周期分析和技术经济性评价证实了FJH技术的优越性，并进一步阐述了FJH合成碳材料在复合材料强化、能源存储、电催化等领域应用的竞争优势。最后，基于碳源选择与适配、反应体系优化及绿色能源系统集成等多重视角，提出了推动FJH技术由实验室走向吨级示范的可行路径与系统性解决方案，为高端功能碳材料的绿色、低碳制造提供了重要的理论支撑与技术前瞻。