碳纳米结构，如富勒烯、碳纳米管（CNT）和石墨烯，由于其在现代技术中的良好应用，在过去二十年中引起了极大的兴趣，包括储能材料、传感器、纳米复合材料和水净化。然而，将这些材料从㊣实验室规模转化为工业规模需要一种简单、经济有效的方法。传统的合成方法通常涉及复杂的设备和危险化学品，这促使人们转向使用可持续和环保前体的绿色合成方法，以减少对环境的影响。

　　虽然在开发碳纳米结构的绿色合成方法方面已经取得了重大进展，但在实现高质量生产和环境友好型工艺方面仍然存在挑战。尽管人们努力利用生物质等可再✅生碳源并使用非金属催化剂来最大限度地减少对环境的影响，但保持产品质量和简化合成程序等问题仍然存在。此外，优化石墨烯合成条件和实施预处理和后处理步骤的复杂性凸显㊣了继续研究和创新绿色合成技术的必要性。随着该领域的发展，来自不同学科的研究人员之间的合作，以及废物管理策略和工艺优化的进步，对于充分发挥生态友好型方法在工业规模生产碳纳米结构的潜㊣力至关重要。

　　德克萨斯州立大学圣马科斯分校的Gary W. Beall等人报告了一种无需使用任何外部催化剂，通过简单易行的方法在石墨纳米片上合成多壁碳纳米管（MWCNT）的方法。简单来说，将黄色✅玉米种子在氢㊣气氛围中以1050 °C的温度热退火3小时，无需任✅何预处理。值得注意的是，观察到 MWCNT 的生长优先发生在玉米壳的外表面上。这种简单的方法不仅强调了使用农业副产品合成碳纳米材料的可行性，而且还强调了这些合成材料在各个领域的潜在应用。

　　研究结果揭示了卷曲石墨烯的形成，同时存在位于堆叠石墨烯片上的垂直多壁碳纳米管 （MWCNT）。热解温度是影响合成碳纳米结构形貌特征的关键因素。虽然在800°C时获得了石墨烯笼状结构，但当退火温度升至900°C时，小碳纳米管会嫁接到较大的碳纳米管㊣上并形成三维分级形貌。碳纳米管的生长机制是基于产生的气体通过玉米种子固有孔隙的喷射自挤出来解释的。目前用于制造 MWCNT ㊣的技术显示出巨大的前景，可作为一种绿色合成㊣方法，用于生产适用于传感器和储能材料等工业应用的无催化剂 MWCNT。

　　图2 以玉米壳为原料，在超高纯度氢气中以 1050°C 加热 3 小时，合成出具有分级形态的碳纳米管，并在不同放大倍数下拍摄的 SEM 照片

　　图3 SEM 图像以各种放大倍数呈现了碳纳米管覆盖石墨纳米片的现象，该石墨纳米片由玉米壳在 1050 °C 下在超高纯度氢气中合✅成 3 小时而成

　　图4 在超高纯度氢气中以 1050°C 的温度加热 3 小时后，在不同放大倍数下对原生碳纳米管进行透射电子显微镜图像

　　图5 ( A ) 在超高纯度氢气中 1050°C 下生长 3 小时的碳纳米管的扫描电子显微镜图像，( B ) 碳纳米管的直径分布直方图。( C ✅) 在超高纯度氢气中 1050°C 下生长 3 小时的碳纳米管的 TGA。( D ) 在 1050°C 下从黄玉米种子中生长的碳纳米管的 XRD 图案。( E ) 在 1050°C 下从黄玉米种子中生长的碳纳米管的拉曼光谱

　　图6 不同放大倍数的 SEM 照片，以玉米壳为原料碳纳米管定义，在超高纯度氢气中以 900°C 加热 3 小时合成具有分级形貌的碳纳米管

　　图7 SEM 图像显示了不同放大倍数下玉米壳在超高纯度氢气中以 800°C 加热 3 小时所合成的笼状碳纳米结构的形貌

　　图9 喇叭状碳纳米管的 SEM 图像显示了纳米管的根部。圆圈突出显示了扭曲的管子，这些管子支持气体从本体通过管子自挤出，从而通向开放的管端并形成喇叭状形态。圆圈区域突出显示了扭曲的碳纳米管与石墨片的牢固连接

　　图10 SEM 图像显示了不同放大倍数下生长的碳纳米管的早期阶段，（A – D）纳米管不是直的，而是具有蠕虫状✅形态。此外，纳米管的直径在末端变窄。注意碳纳米管✅与基底的连接点，碳纳米管与石墨层之间存在牢固的连接。退火温度为 1050 °C

　　本研究利用黄色玉米种子，在石墨纳米片上成功合成了无催化剂碳纳米管 (CNT)，只需一步，无需预处理或后处理。使用 XRD、SEM金属材料专业、TEM、TGA 和拉曼光谱对合成样品进行表征，结果表明碳纳米材料对退火温度敏✅感，在 1050°C 时形成具有独特喇叭状形状的垂直 CNT。

　　未来的研究将侧重于优化合成参数以提高 CNT 质量和产量、在保持一致性的同时扩大工艺规模以及探索特定应用的功能化。预计的主要挑战包括确保可扩展性而不影响质量以及管理原始生物质材料的可变性，这将通过系统的扩大规模研究和标准化的预处理协议来解决。关键的新贡献包括无催化剂合成、单步工艺、环保方法、独特的形态以及适用于各种应用的多功能性。这项工作通过阐明退火温度和气氛在无催化剂碳纳米管形成中的作用，促进了对碳纳米管合成的理解，为工业生产提供了一种高效、可持续的方法，在纳米复合材料、储能材料和传感器等领域具有巨大的应用潜力。

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