1. 项目名称：面向农林业的低成本石墨烯制备关键技术及其应用

2. 项目类别：科学技术进步奖

3. 提名者：山西大同大学

4. 提名意见：

本项目通过研发母液诱导降阻促进工艺、超声空化助力剥离工艺以及高频交流可控析氢等技术，建立了石墨烯低成本、绿色制备方法，并应用该技术在企业建成了石墨烯溶胶百吨级生产线。所制备石墨烯表面富含羟基、羧基，具有良好的水溶性和稳定性，石墨烯溶胶固含量≥0.5%，制备成本低于3元/升，实现了石墨烯低成本、绿色和规模化制备。应用该石墨烯产品，研究了对植物生长的影响机制，发现适量石墨烯可有效促进植物生长，提升植物对逆境胁迫的耐受性，并促进作物栽培、种苗繁育、生态脆弱区植被恢复提质增效。经院士领衔的专家组鉴定，石墨烯在农林业中的应用处于国际领先水平。

该项目解决了低成本石墨烯绿色、规模化制备的“卡脖子”问题，探索了石墨烯在农林业应用的可行性，并拓展了石墨烯下游应用领域。项目在材料化工学、农林学交叉领域的基础研究具有重要科学价值；在石墨烯制备技术迭代、农林生产提质增效以及生态脆弱区碳汇能力提升等方面的技术研发及应用推广，具有显著的社会、经济和生态环境效益。

项目提名材料真实有效，相关栏目符合填写要求，本单位同意推荐提名该项目为2025年度山西省科学技术进步奖一等奖。

5. 项目简介：

本项目属新材料、农林培育与生态碳汇交叉科学技术领域。传统石墨烯制备存在污染重、成本高等产业瓶颈，且集中应用于电子储能，在农林、生态修复应用领域存在技术空白，难以支撑产业提质与双碳建设。项目依托国家重点研发、国家林草局揭榜挂帅等专项，围绕石墨烯绿色制备、农林应用、生态碳汇开展系统攻关，取得多项原创突破。

1）创立石墨烯绿色规模化制备新技术，破解量产卡脖子难题。集成母液诱导促降阻、超声空化助剥离、高频交流控析氢等关键技术，发明石墨烯聚集体溶胶绿色制备核心专利（ZL 201611158642.X）。生产全程无需氧化剂、还原剂，石墨烯溶胶固含量≥0.5%，成本低于3元/升，建成百吨级专用生产线，实现低成本、绿色稳定量产。

2）揭示石墨烯促进植物生长、抗逆性提升作用机理，开辟石墨烯农林应用新领域。阐明石墨烯调控植物根系发育、提升抗逆能力的内在机制，证实其可加快作物、林草、花卉生长，缩短育苗周期、减少基质消耗，实现种苗繁育提质增效，填补石墨烯农林规模化应用空白，拓宽新材料石墨烯下游高价值应用场景。

3）构建石墨烯生态修复固碳成套技术，支撑国家双碳战略落地。自研石墨烯可强化植被抗盐碱、干旱、瘠薄胁迫能力，提升植被成活率，适用于盐碱地、沙化地、废弃矿山修复，显著提升区域固碳增汇能力，攻克生态碳汇增效关键技术瓶颈。

项目授权石墨烯发明专利4项，布局申请相关专利16项，发表论文48篇；核心专利获首届中部六省高价值专利一等奖，经院士领衔的专家组鉴定，成果达国际领先水平。“石墨烯林业应用创新团队”入选国家林草局科技创新团队，带头人获中国化工学会侯德榜化工科学技术“创新奖”，获批国家林草局重点实验室、教育部工程研究中心2个部委级科研平台，行业引领作用显著。

项目成果已在山西、内蒙、新疆、福建、云南等多地推广应用，累计新增产值11.2亿元，经济、社会、生态综合效益突出，有力引领新材料与农林生态交叉行业科技进步，在农林产业升级、国土生态修复领域应用前景广阔。

6. 客观评价：

本项目发明了低成本石墨烯绿色、规模化制备方法，制备的石墨烯溶胶成本低于3元/升，应用于农林业成本低于100元/亩。将所制的石墨烯产品成功应用在作物栽培、种苗繁育和生态脆弱区植被恢复等领域，产生了显著的经济效益和生态环境效益。

主要创新点如下：

1）建立了母液诱导促降阻、超声空化助剥离、高频交流控析氢协同的石墨烯绿色制备工艺体系，解决了传统电解法制备石墨烯时副反应拉低产物生成效率的行业难题。制备过程无需投加化学氧化剂、还原剂，工艺流程精简、反应条件温和，生产过程清洁低碳；成品石墨烯表面富集羟基、羧基官能团，亲水性能、胶体稳定性优异，石墨烯溶胶生产成本偏低，可适配下游产业规模化落地。项目落地百吨级石墨烯溶胶量产线，实现石墨烯低成本、绿色、规模工业化量产。

2）揭示了石墨烯促进植物生长的机制和规律，为新材料石墨烯赋能农林业生产建立理论基础。探明石墨烯表面含氧官能团可富集根际土壤水肥养分，上调钾离子、铵根离子转运载体基因表达水平，增强根系呼吸作用，促进植物根系生长；石墨烯的导电性可加强电子传递，招募环境有益微生物，增强植物-微生物互利共生效应，改善植物根际环境，促进植物生长。

3）创立了低成本石墨烯制品农林业应用提质增效技术体系，填补了石墨烯农林应用技术领域空白。石墨烯可促进林草花卉种苗生长发育、缩短育苗周期，提升花卉观赏价值；提升农林作物对养分的吸收，促进增产、节肥增效，改善农产品品质；石墨烯类木质素骨架可充当蕈菌外源碳源，加速菌丝增殖，提升食用菌栽培产量，推动食用菌产业提质增收。

4）建立了石墨烯赋能生态脆弱区植被修复与碳汇提升的应用技术方案，解决了盐碱地、沙地、矿山等生态脆弱区植被抗逆性弱、区域固碳增汇能力不足的痛点。石墨烯依靠高比表面积与丰富含氧官能团，强化土壤保水持肥能力，提升植株抗氧化酶活性、活性氧*能力，增强植物对逆境胁迫的耐受水平，提升植被成活率与保存率，强化区域生态固碳潜力。该技术应用推广可产出显著的生态、经济与社会效益。

综上所述，项目创新性强，已实现了高性能石墨烯绿色、低成本工业化生产，应用于作物栽培、种苗繁育、生态脆弱区植被恢复等领域，推广应用示范*显著。经院士领衔的专家组鉴定，该项目在石墨烯的农林业应用方面处于国际领先水平。

7. 推广应用情况：

本项目发明了一种石墨烯低成本制备方法，将所制的石墨烯应用在作物栽培、种苗繁育和生态脆弱区植被恢复等领域，产生了显著的经济效益和生态环境效益。2016年10月在大同新成新材料股份有限公司，应用石墨烯低成本制备技术建立了石墨烯溶胶百吨级生产线，为石墨烯规模化用于农林业奠定了基础；2018年12月在北京丹青园林绿化有限责任公司开展林木花卉种苗繁育、荒山造林、边坡绿化中的应用，可促进种苗生长发育、缩短育苗周期，提高造林绿化成活率并可降低维护成本；2018年10月在天镇县京利蔬菜种植专业合作社开展石墨烯技术在种苗繁育中的应用，可促进种苗生长，植株健壮，提升种苗繁育质量；2019年2月在福建永安国有林场开展石墨烯在杉木育苗、幼林培育中的应用，可提高植株对水肥的利用能力，促进杉木幼苗生长，缩短育苗周期，节约了育苗成本；2019年在恒山二亩湾矿山采矿区、内蒙古呼和浩特市土默特右旗开展石墨烯在采矿区、盐碱地的植被恢复中的应用，可提高沙棘、枸杞、蓝刺头、紫花苜蓿、谷稗等灌木、草类的成活率和保存率，对促进采矿区、盐碱地植被生长成效显著。2020年起，在新疆喀什泽普县开展石墨改良盐碱地并种植大豆，增强了大豆抗盐碱能力并提升了产量，累计新增产值4617万元，成效显著。

8. 主要知识产权证明目录：

（1）赵建国，邢宝岩，苑利，屈文山，潘启亮，张进. 一种石墨烯聚集体溶胶的制备方法. 国家发明专利，专利号：ZL 201611158642.X

（2）赵建国，邢宝岩，张素芳，杨辉，屈文山，潘启亮，耿煜，刘瑞. 一种基于高温电解反应的石墨烯制备方法. 国家发明专利，专利号：ZL201310161310.7

（3）赵建国，邢宝岩，屈文山，古玲，王海青. 一种以植物绿叶与石灰石为原料制备石墨烯的方法. 国家发明专利，专利号：ZL201410486912.4

（4）王丽华，张子珍，赵建国. 一种石墨烯制备过程中的除杂方法. 国家发明专利，专利号：ZL201510726370.8

9. 主要完成人情况：赵建国，乔俊，陈志文，李经纬, 马润国，邢宝岩，聂慧，张日清，严勇亮，冯旭。

10. 主要完成单位及创新推广贡献：

项目第一完成单位为山西大同大学，对该项目支持如下：

（1）在科研工作人员的工作安排上给予了大力支持，保证其有足够的精力和时间投入该项目的研究；

（2）积极争取多渠道的经费资助，为课题的连续进行提供了经济保证；

（3）提供了实验、办公用房，在水、电及分析检测仪器的使用等方面优先提供方便。

项目合作完成单位大同新成新材料股份有限公司、北京丹青园林绿化有限责任公司、天镇县京利蔬菜种植专业合作社、新疆维吾尔自治区农业科学院作物研究所、东北农业大学为本项目应用在石墨烯规模化制备、林草花卉种苗繁育、造林绿化、盐碱地改良种植大豆等领域进行示范推广，提供所需的材料、场地和人员等支持，并为本项目的应用推广收集试验数据，优化实施技术等提供了便利和支持。

11. 完成人合作关系说明：项目完成人中，赵建国，乔俊，陈志文，李经纬, 邢宝岩共计5人，为山西大同大学赵建国教授课题组主要成员；马润国为北京丹青园林绿化有限责任公司对接该项目的负责人；张日清为大同新成新材料股份有限公司对接该项目负责人；聂慧为天镇县京利蔬菜种植专业合作社对接该项目的负责人；严勇亮为新疆维吾尔自治区农业科学院作物研究所对接该项目负责人；冯旭为东北农业大学对接该项目负责人。