我国科研人员在月壤样本中首次发现天然石墨烯

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我国科研人员在月壤样本中首次发现天然石墨烯

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2024-06-24 09:19:41 字号：A- A A+ 来源：观察者网

吉林大学新闻网6月21日消息，近日，吉林大学邹猛教授、张伟教授、李秀娟正高级工程师及中国科学院金属研究所任文才研究员等，通过对嫦娥五号钻采岩屑月壤（No. CE5Z0806YJYX004）的观察分析，首次发现天然形成的少层石墨烯。相关研究为月球的地质活动和演变历史以及月球的环境特点提供了新见解，拓宽了人们对月壤复杂矿物组成的认知，为月球的原位资源利用提供了重要信息及线索。研究成果以“Discovery of Natural Few-Layer Graphene on the Moon”为题，于6月17日发表在National Science Review期刊上。

图1 CE-5月壤样品中天然石墨烯的先进电子显微结构表征和谱学分析

过往报道指出，通过观测月球的全球碳离子通量，科研人员认为月球上存在原生碳，利用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1.9%是以石墨烯的形式存在，其形态和性质由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重要的参考和信息。

图2 少层石墨烯在月球上可能形成过程

在该项研究中，科研团队采用电镜—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，这与石墨烯的形成密切相关。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），并提出少层石墨烯和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。

吉林大学材料科学与工程学科张伟教授为本文第一作者，工程仿生教育部重点实验室邹猛教授、李秀娟正高级工程师及中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家实验室任文才研究员为本文的共同通讯作者。吉林大学电子显微镜中心测试分析表征团队，物理学院、超硬材料国家重点实验室协同极端条件高压科学中心对该项研究工作给予了大力支持。研究成果由中国科学院金属研究所马来鹏研究员，吉林大学张锐教授、李新阳副教授、郑伟涛教授、周强教授、李芳菲教授、刘红艳研究员，国家深空探测实验室胡震宇研究员，探月与航天工程中心柳骊研究员等共同合作完成。相关工作得到了国家探月中心的月壤样品宝贵支持和国家基金委面上项目资助。
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