闪蒸焦耳加热 (FJH) 技术是一种利用焦耳效应将电能迅速转化为热能的技术，能够在短时间内引起材料蒸发或相变。FJH技术不仅在材料合成中展现出高效的能量转换和减少能量耗散的优势，而且在蒸发水分方面也显示出其快速、节能和无污染的特点，广泛应用于食品加工、化工、环境工程等领域。本综述将重点关注FJH技术在合成二维材料如石墨烯中的应用，并探索其在回收电池金属、石墨等方面的潜力。

产品特点

应用介绍

   闪蒸焦耳热技术（Flash Joule Heating, FJH）是一种创新的材料制备技术，它能够在短时间内（通常是毫秒至秒级）将材料加热至极高温度（可达3000K以上）。这项技术的核心在于利用电流通过导体产生的热量，通过精确控制电流和时间，实现材料的快速升温和随后的快速冷却，从而制备出具有特定性质的新材料。FJH技术在多个领域展现出了巨大的应用潜力，例如，美国莱斯大学James M. Tour教授课题组利用FJH技术，可以从各种碳源材料中快速制备出高质量的石墨烯。这种方法不仅制备效率高，而且成本低廉，环境友好，具有很好的工业应用前景。此外，FJH技术还被用于高熵合金、城市资源回收，单原子催化剂，清洁氢的制备，亚稳纳米材料的合成，等领域的应用。

应用一：石墨烯的连续低碳生产

   通过开发一种集成自动系统，实现了生物质闪蒸石墨烯的连续生产，显著降低了碳足迹，生产过程低碳排放，仅为1.9 g CO2-eq g−1 graphene，较传统方法减少了约86.1%。该系统通过能量需求导向的分配，优化了生产效率，使批量生产率提高了四倍。所合成的生物质闪蒸石墨烯（FG）具有优异的分散性、催化性能和光热性能，展现出广泛的应用潜力。经济评估表明，该生产技术具有良好的成本效益。此外，研究还通过生命周期评估（LCA）证实了其环境影响较小，为可持续生产高纯度石墨烯提供了新途径。未来，这一技术有望在大规模生产中实现，进一步推动生物质FG在能源、环境和材料科学领域的应用。

应用二：闪蒸焦耳合成高熵合金

  通过闪蒸焦耳热技术来合成高熵合金。这项技术涉及将适量的碳源（如活性炭或碳黑）与金属盐前驱体在高温下混合。在超过2000 K的温度下，碳源燃烧产生热冲击，迅速将金属盐还原为金属原子，这些原子随后在高温下形成固溶合金结构，并通过快速冷却（105 K·s−1）来生产高熵合金。高熵合金（HEAs）在电催化领域的优势主要表现在它们卓越的催化活性、出色的稳定性和耐腐蚀性，以及优化的电子结构，这些特性使得HEAs在苛刻的电化学环境中也能保持高效和持久的性能。此外，HEAs的成本效益、多功能性、可调控的结构特性以及提高能量转换效率的能力，使它们在燃料电池、电解水装置等能量转换设备中展现出巨大的潜力。环境友好和理论计算与模拟的支持进一步加速了HEAs的发展，使其在推动绿色和可持续能源技术方面发挥着重要作用。这些综合优势不仅减少了对稀有和昂贵金属的依赖，还提高了电催化剂的长期耐久性，为电催化技术的商业化和大规模应用奠定了坚实的基础。

应用三：闪蒸焦耳加热技术高效净化粉煤灰

   通过闪蒸焦耳加热（FJH）技术，用于从煤粉灰（CFA）中高效去除有毒重金属，去除效率高达70-90%。通过将这种净化后的CFA作为水泥的替代材料，我们不仅提升了水泥的力学性能，还显著降低了重金属的泄露风险。此外，生命周期分析显示，与填埋处理相比，将CFA再利用于水泥生产能够减少约30%的温室气体排放和41%的重金属排放。FJH技术因其高效、快速的特点，展现出在工业废料处理和建筑材料领域的商业化潜力，为实现可持续环境管理提供了一种有效的解决方案。

应用四：持续制造高性能锂离子电池阳极材料

   这篇论文介绍了一种利用人类头发这种生物废料，通过瞬时加热技术制造石墨烯碳材料的方法，用于生产高性能的锂离子电池阳极。该方法不仅提高了材料生产的可持续性，还发现在电池组装后的休息阶段，锂离子倾向于扩散到石墨电极中，如果在初始放电前先进行充电，而不是直接放电，可以获得更高的容量，并减少不希望的锂离子与其他组分（如溶剂）的反应。这种简单的SEI形成步骤的变化，可以显著提高电池的容量和寿命，容量增加了约50%。

应用五：利用闪蒸焦耳热技术合成铁基催化剂用于高效水处理

  通过碳辅助的瞬时焦耳加热方法合成了一种新型铁基材料，该材料结合了单原子和高指数晶面纳米粒子的特性，显著提高了在过硫酸盐激活过程中产生羟基自由基的能力，用于高效降解有机污染物，如医疗废水中的抗生素，以及减少抗生素抗性基因的环境传播，展示了在水处理和环境保护领域的应用潜力。

应用六：废弃塑料转化为清洁氢气的创新技术

   介绍了一种将废弃塑料通过快速焦耳加热技术转化为清洁氢气和高纯度石墨烯的方法，能够将废弃塑料转化为高纯度的氢气和石墨烯，而无需使用催化剂。这一过程不仅避免了二氧化碳的排放，而且通过销售副产品石墨烯，即便其售价仅为市场价的一小部分，也能实现氢气生产的负成本。研究结果表明，与现有的氢气生产技术相比，这种新方法在减少能源消耗和温室气体排放方面具有显著优势，具有39-84%的减排潜力。因此，这项工作不仅为废弃塑料的再利用提供了一种有效的解决方案，也为开发经济上可行且环境友好的清洁氢能源开辟了新途径。

应用七：利用焦耳热实现金属陶瓷材料的超快速致密化

   通过焦耳热的高效利用，为金属陶瓷材料如碳化钨（WC）的烧结提供了一种快速且节能的方法，使得生坯体在极短的时间内达到高温，显著加快材料的致密化过程，同时保持低能耗和环境友好性。此外，该技术成功扩展到导电陶瓷材料，如碳化钨，通过创新的电极材料选择，减少了热损失并提高了烧结质量。这些特点不仅简化了烧结工艺，还降低了生产成本，尤其是通过副产品的销售可能实现负成本生产，显示了其在材料科学和工业生产中的广阔应用前景。

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