【海川科技前沿】我国科研人员首次在月壤样本中发现天然石墨烯

吉林大学星壤测试与模拟团队同中国科学院金属研究所近日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。

吉林大学星壤测试与模拟团队负责人邹猛介绍，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重要作用。据估计，星际碳总量中约1.9%是以石墨烯的形式存在，石墨烯的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可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。

吉林大学于2023年获得了东北地区第一份嫦娥五号月球样品。随后，科研人员采用电镜-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。

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。科研人员运用扫描电子显微成像、透射电子显微成像、飞行二次质谱等多种表征技术进行研究，并对测试结果进行了严谨比对分析。

通过分析，科研人员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），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。

此次发现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。

1982年，当陈庆云再次走进上海电镀厂时，车间变明亮了，刺鼻气味也消失了。加入F-53的电镀槽，浮起一层微小的泡沫，像一层薄薄的绒毯“盖”住了黄色的铬雾微粒。

值得一提的是，F-53铬雾抑制剂是中国使用的氟化工产品中第一个自主创新的产品。

铬雾抑制剂F-53研制出来后，陈庆云和团队并没有将它搁置一边，而是从基础研究的角度，回头细究其结构、反应机理，想搞清楚“所以然”。

在对中间体关键原料四氟乙烷-β-磺内酯展开深入探究后，团队发现磺内酯和其他化合物反应可以衍生出各种氧杂的多氟磺酸类化合物，为二氟卡宾（试剂）、三氟甲基化（反应）的研究打下基础。

同时，上海有机所各个氟化学课题组针对F-53生产过程中的原料、中间体、产物和副产物，进行了一系列基础研究，形成3个鲜明的研究体系——黄维垣的“亚磺化脱卤反应”、陈庆云的“金属及过渡金属引发的有机氟化学反应”，以及胡昌明的“氧化还原体系引发下氟卤烃的化学研究”。

20世纪80年代，上海有机所的氟化学基础研究厚积薄发，成果不断涌现，实现了“以任务带学科”。

上海有机所研究员刘金涛曾在一篇追溯中国氟化学研究历程的文章中写到，据国际《氟化学杂志》1997年的统计数据，我国在国际杂志上发表的论文中，关于氟化学的论文占比为1.86%，居世界各国之首。

中国科学院上海分院院长、上海有机所研究员胡金波提到了另一个数据。2005年他学成回国后，大致统计了国内发表的氟化学研究论文数量，巅峰时期，发自上海有机所的文章约占75%。

1977年，黄维垣作为中国科学院代表团成员之一，第一次参加美国化学年会，也是第一次站在主讲台上向国外同行介绍中国自主研制的F-53铬雾抑制剂。

之后，这样的“第一次”还有很多，他还逐步将国际交流平台“引进来”——2005年，国际氟化学会议首次于上海召开。因在氟化学研究领域作出的杰出贡献，1986年于法国巴黎举办的氟元素发现100周年纪念会上，黄维垣被授予国际氟化学界最高奖“MOISSAN”奖章。

随着上海氟化学成果文章屡屡见刊，以及国际有机化学学术会议名册上的中国学者越来越多，一个关于上海氟化学的名号被逐渐叫响。

上海有机所研究员肖吉昌记得，陈庆云曾提过和黄维垣去美国开会的一件趣事。当时他俩刚走出机场大厅，就听前来接待的人朝他们喊了一句：“Shanghai Fluorine（上海氟）！”两位老先生感到些许诧异，之后便哈哈大笑起来。

“上海氟”名声背后，是一群人坚持做了很多人“不敢做”的事。

因氟元素的特性，少有人愿“涉险”研究。胡金波的左手留有一道伤痕：早期做实验时不慎发生爆炸，碎玻璃击中左手，切断了中指韧带。“这项研究是有门槛的，对相关人员的专业技能和安全素质都有要求。”

在条件和设施有限的年代，氟化学研究面临的风险更高。20世纪60年代，陈庆云和助手陈秉启利用全氟异丁烯，首次制得全氟叔丁基碘。全氟叔丁基碘有强烈刺激性，且容易变成气体被人体吸收，其原料全氟异丁烯又是氟化学中毒性强的小分子之一。在一次制备过程中，陈秉启中毒倒地，一时动弹不得。他心里默默为自己鼓劲，最后靠着意志强撑着站起来。

“回忆录里，这位先生写到，参与如此重要的工作实感荣幸，哪怕中毒也不算什么。”前辈身上流露出的坚韧不拔的精神，让胡金波深受触动。

因为毒性太强，相关研究还是被搁置了。但时隔50余年后，胡金波率团队研发出一种高效、快速合成全氟叔丁基类化合物的方法，避免了有毒气体的使用。当已90岁高龄的陈庆云在网上看到相关文献时，不禁好奇地询问晚辈：“这不是有毒吗，你们怎么做到的？”

“这是一种传承。”参与此项工作的朱凯帝道出了新一代科研者的心声：上海有机所氟化学研究历史底蕴深厚，老一辈传授知识和方法的同时，也留下了教训和问题交予后代深究。而这何尝不是一种财富和优势？

自20世纪50年代以来，研究团队一直保留着黄维垣从哈佛大学带回的一种考试制度：定期对研究生进行积累测试，督促学生保持查阅文献、追踪最新科研进展的xl惯。“这已刻在我们发展的‘基因’里，是‘根’之所在。”朱凯帝说。

经过多年积淀，2002年，中国科学院有机氟化学重点实验室在上海成立。该实验室汇聚了老中青三代研究力量，心无旁骛地开展氟攻关。

肖吉昌说，这是目前世界上唯一 一个以氟元素命名的实验室。“118种化学元素里，我们选择这一种展开长期和系统的研究。”

致敬