我國科研人員在月壤樣本中首次發現天然石墨烯

吉林大學新聞網6月21日消息，近日，吉林大學鄒猛教授、張偉教授、李秀娟正高級工程師及中國科學院金屬研究所任文才研究員等，通過對嫦娥五號鑽採岩屑月壤（No. CE5Z0806YJYX004）的觀察分析，首次發現天然形成的少層石墨烯。相關研究為月球的地質活動和演變歷史以及月球的環境特點提供了新見解，拓寬了人們對月壤複雜礦物組成的認知，為月球的原位資源利用提供了重要信息及線索。研究成果以“Discovery of Natural Few-Layer Graphene on the Moon”為題，於6月17日發表在National Science Review期刊上。

圖1 CE-5月壤樣品中天然石墨烯的先進電子顯微結構表徵和譜學分析

過往報道指出，通過觀測月球的全球碳離子通量，科研人員認為月球上存在原生碳，利用月球樣品的表徵研究來揭示原生碳相的晶體結構是可行的。石墨烯以其新奇的物理現象和非凡的特性，在包括行星和空間科學在內的廣泛領域發揮着越來越重要的作用。據估計，星際碳總量中約1.9%是以石墨烯的形式存在，其形態和性質由特定的形成過程決定，因此天然石墨烯的組成和結構特徵將為星體的地質演化和月球的原位資源利用提供重要的參考和信息。

圖2 少層石墨烯在月球上可能形成過程

在該項研究中，科研團隊採用電鏡—拉曼聯用技術，在月壤樣品含碳量相對較高的位置採集了拉曼光譜，確認了月壤樣品中石墨碳的結晶質量相對較高。值得注意的是，月壤樣品中存在碳的區域含有鐵化合物，這與石墨烯的形成密切相關。通過掃描電子顯微成像、透射電子顯微成像、冷凍條件下球差電鏡的高角環形暗場像和高分辨像、能譜和電子能量損失譜、飛行二次質譜等多種表徵技術的綜合運用及測試結果的多方面嚴謹比對分析，探究並證實了月壤樣品中檢測到的石墨碳是少層石墨烯（2—7層），並提出少層石墨烯和石墨碳的形成可能源於太陽風和月球早期的火山噴發共同誘導的礦物催化進程。

吉林大學材料科學與工程學科張偉教授為本文第一作者，工程仿生教育部重點實驗室鄒猛教授、李秀娟正高級工程師及中國科學院金屬研究所瀋陽材料科學國家實驗室任文才研究員為本文的共同通訊作者。吉林大學電子顯微鏡中心測試分析表徵團隊，物理學院、超硬材料國家重點實驗室協同極端條件高壓科學中心對該項研究工作給予了大力支持。研究成果由中國科學院金屬研究所馬來鵬研究員，吉林大學張鋭教授、李新陽副教授、鄭偉濤教授、周強教授、李芳菲教授、劉紅豔研究員，國家深空探測實驗室胡震宇研究員，探月與航天工程中心柳驪研究員等共同合作完成。相關工作得到了國家探月中心的月壤樣品寶貴支持和國家基金委面上項目資助。