搜狐科技《思想大爆炸——对话科学家》栏目第147期，对话吉林大学唐敖庆学者－卓越教授、英国皇家化学会会士张伟。

嘉宾简介：

张伟，吉林大学唐敖庆学者－卓越教授、测试科学实验中心主任兼电子显微镜中心主任、英国皇家化学会会士，多次入选科睿唯安“全球高被引科学家榜单”。开发了“电子束为‘墨’、石墨烯当‘纸’”的纳米书写技术。系统研究了月壤样品，首次发现了包括月球正面的天然少层石墨烯与月球背面的天然单壁纳米碳管等纳米碳结构，据此提出了月壤纳米碳的催化形成机制。研究方向为先进材料的电子显微分析、催化和能源材料的表界面化学。

划重点：

1. 石墨碳的确认主要依赖拉曼光谱和高分辨成像，而单壁碳管的发现则是在已识别碳区域的基础上，通过高分辨电镜成像直接观测到其独特结构。

2. 月球上的碳纳米管普遍更短，而且几乎全部为末端封闭结构。

3. 碳是多功能元素，能以多种纳米形式存在，它既是催化剂，也可以作为催化载体，像单壁碳管，还具有超高强度、高导电性的特点。

出品｜搜狐科技

作者｜周锦童

编辑｜杨锦

当我们仰望夜空中皎洁的月亮时，或许想象的是环形山、是月海，甚至是荒凉的岩石尘埃。其实，月球上还藏着许多亟待发掘的“碳宝藏”。

继上次吉林大学科研团队在嫦娥五号带回的月壤中发现天然少层石墨烯后，近日又在嫦娥六号月壤样品中发现并确认了天然形成的单壁碳纳米管和石墨碳，这也是国际首次。

这一发现不仅揭示了月球表面“高能物理-化学过程”的精细程度，印证了月球背面地质活动非常活跃，也为研究月球演化史提供了关键数据。目前，该研究已经发表于美国化学会《纳米快报》。

天然单壁碳纳米管和石墨碳从何而来？它能否为未来月球基地建设提供材料线索？带着这些疑问，搜狐科技再次对话了吉林大学张伟教授，听他解读月壤中那些隐匿的“碳密码”。

“火眼金睛”探秘月球天然碳纳米管

张伟首先解释了为什么团队能在月壤中发现天然单壁碳管和石墨碳。

“传统地质学研究者通常更关注矿物等目标，在处理月壤样品时，可能会破坏其中微小、原始的碳结构，而我们是通过多种电镜技术与谱学方法的联用，结合微观原子结构成像与化学成分分析观测到的。”

石墨碳的确认主要依赖拉曼光谱和高分辨成像，而单壁碳管的发现则是在已有碳区域的基础上，通过高分辨电镜成像直接观测到其独特结构的。

张伟还详细介绍了这些技术。高分辨透射电子显微镜可以用于观察材料的原子级晶格结构；高角环形暗场像能提供更直观的非相干原子像，直接显示原子位置；电子能量损失谱不仅能鉴定元素种类，还能精确分析元素的化学价态和成键方式。

而拉曼光谱则是连接宏观性能和微观结构的桥梁，通过探测分子振动来鉴别特定的物质状态，这对碳材料的研究至关重要。

其实，早在1991年，日本科学家饭岛澄男（Sumio Iijima）就首次在透射电镜下发现了碳纳米管，但他发现的是人工电弧放电制备的碳纳米管。而张伟虽然也使用了透射电镜，但是是首次在月壤样品中证实了天然形成的单壁碳纳米管的存在。

在分析嫦娥五号样品时，张伟就曾对搜狐科技表示嫦娥六号样品中很有可能存在天然少层石墨烯或类似物，通过对比发现的确如此。

石墨烯本质上也是石墨的一种特殊形态，只不过，基于目前的数据，六号样品中的石墨缺陷比较多，这可能与月球背面更强烈的微陨石撞击等极端事件有关。

对此，张伟表示：“微陨石撞击提供能量，火山活动也提供能量和载体，太阳风则提供碳源（碳离子），这些因素结合起来，就像是一个‘神奇的造物主’在创作东西，默默催化着特殊碳结构的形成，而透射电镜就如同‘火眼金睛’，能直接观察和确认这些精细的微观结构。”