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
据吉林大学官方消息，一支由该校科研人员组成的研究团队通过对嫦娥五号钻采岩屑月壤的深入观察和分析，成功地首次发现了一种名为“天然形成的少层石墨烯”的新矿物。这一重大发现不仅为人们更深入地认识月球地质活动及其演变历史提供了宝贵的线索，还拓宽了人们对月球月壤复杂矿物组成的认知，并为未来的月球资源利用提供了重要信息。
石墨烯是一种具有高度二维结构的碳素材料，以其出色的导电性和机械性能而闻名。然而，在地球上，自然界的石墨烯数量非常稀少，且大多以单层形式存在。此次，吉林大学的科研团队首次在月球表面发现天然形成的少层石墨烯。
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。
此外，2023年8月，工信部、国资委发布前沿材料产业化重点发展指导目录（第一批），其中石墨烯等15种前沿材料在列。
指导目录显示，石墨烯的性能特点为：碳原子以sp2杂化共价键连接形成的二维碳材料，具有优异的光、热、力、电性质，兼具良好的化学稳定性。包括高导电石墨烯铜基复合材料、石墨烯电极材料等。
石墨烯的潜在应用领域为：轨道交通、航空航天装备、新能源、新一代信息技术等。
另据公开资料显示，石墨烯目前在锂电池、锂硫电池、空气电池、储氢、超级电容等方向都可应用。其中，在锂电池领域，石墨烯可以应用于电极材料、导电添加剂以及隔膜材料等方面，以优化相关材料性能。
吉林大学这一新的发现也有助于我们更好地了解月球的环境特点。石墨烯的存在可能预示着月球上存在其他未知的矿物质或化合物。对这些未知物质的研究将有助于我们理解月球的环境条件以及它们如何影响生命的起源和发展。
总之，吉林大学科研人员的这一重大发现无疑为我们提供了一个全新的视角来看待月球。未来，随着科技的进步，我们有望进一步探索月球的奥秘，寻找更多的关于月球的自然信息，并寻找实现人类在月球上原位资源利用的可能性。
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