作為目前發(fā)現(xiàn)的最薄、強度最大、導電導熱性能最強的一種新型納米材料，石墨烯被稱為“黑金”、“新材料之王”?？茖W家甚至預言石墨烯將“徹底改變21世紀”，極有可能掀起一場席卷全球的顛覆性新技術新產(chǎn)業(yè)革命。環(huán)保科研人員也興趣盎然，在這種單原子薄膜上“精工細作”，他們相信，石墨烯在潔水去污、凈化環(huán)境等方面，蘊含著巨大的潛力。

石墨烯（Graphene）

是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六邊形呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一個碳原子厚度的二維材料。想象一下，每一個碳原子，與周圍三個鄰居以共價鍵連接，一層碳原子就這樣構成了一個由無數(shù)個六邊形組成的二維網(wǎng)狀結構。此時，小編建議您回想一下足球球門六邊形球網(wǎng)的樣子。

海姆與諾沃肖洛夫贈送給瑞典諾貝爾博物館的石墨、石墨烯電晶體與“簽名款”膠帶

石墨烯一直被認為是假設性的結構，無法單獨穩(wěn)定存在，直至2004年，英國曼徹斯特大學物理學家安德烈?海姆和康斯坦丁?諾沃肖洛夫，成功地在實驗室從石墨中分離出石墨烯，從而證實它可以單獨存在，兩人也因此共同分享了2010年諾貝爾物理學獎。

說到這一分離過程，小編不得不驚嘆：某些偉大的創(chuàng)造和發(fā)現(xiàn)，是極富靈動的頭腦 + 奇妙想象和實踐的過程。海姆和團隊成員偶然地發(fā)現(xiàn)，將石墨片放置在塑料膠帶中，折疊膠帶粘住石墨薄片的兩側，撕開膠帶，薄片也隨之一分為二。不斷重復這一過程，就可以得到越來越薄的石墨薄片，其中由一層碳原子構成就是石墨烯，因此被媒體稱為“膠帶撕出的諾貝爾獎”。

“能屈能伸”的石墨烯

石墨烯由單層原子構成的。碳原子之間相互連接成六角網(wǎng)格。這種結構，就使得石墨烯彎曲靈活，變幻無窮。鉛筆里用的石墨就相當于一層一層的石墨烯疊在一起，而富勒烯（足球烯、C60）可以看成是石墨烯按一定方式被團成了一個球，碳納米管則是石墨烯卷成了筒狀。這就好比被搟好的面皮兒，可以做成千層餅、麻團兒和卷餅。

1.氧化石墨烯薄膜――海水淡化不再是天方夜譚

氧化石墨烯

海水淡化

石墨烯以獨特的力學和電學特性被稱為“神奇材料”，它與水的相互作用有趣，卻也是令人困惑的：石墨烯表面排斥水分子，但當石墨烯薄膜浸入到水中時，毛細通道卻允許水分子快速滲透。石墨烯與水之間的這種“若即若離”的關系令科學家著迷。近年來，科學家一直探索著將石墨烯家族作為新型材料在水處理中加以應用。一種石墨烯衍生物――氧化石墨烯（graphene oxide，GO）薄膜作為可用于過濾工藝的替代品，受到了大量的關注。氧化石墨烯的這一性質，能夠為水處理領域的研究提供新的更廣闊的思路。

聯(lián)合國2016年3月21日公布的數(shù)據(jù)顯示，到2025年，全球將約有18億人口面臨絕對缺水的問題，約三分之二的人口可能要在用水緊張的條件下生活。嚴格地講，我們的藍色星球并不缺“水”――地表超過七成面積被海洋覆蓋。人們守著這個巨大“水資源寶庫”，卻無力掘出寶藏?，F(xiàn)在，研究人員實現(xiàn)了利用氧化石墨烯薄膜篩選食鹽這一吃香的技術，用于海水淡化。

在此之前，氧化石墨烯薄膜早已被證實可被用于過濾小型納米粒子、有機分子以及大顆粒鹽。然而對于尺寸更小的海水中的鹽，則束手無策。因為氯化鈉在水中溶解后，其離子會被水分子簇擁，周圍形成一層“水膜”，即水合層。問題是，氧化石墨烯長時間浸泡在水中后會變形擴張，“篩孔”變大，小顆粒鹽分會隨水分子一同流過薄膜，因此很難進行有效的分離。想要用于鹽的篩選，就需要更細密的“篩子”。

人類的需求，是科學探索的動力。研究人員對這些石墨烯薄膜進行了改進，發(fā)現(xiàn)了一種避免薄膜在水中膨脹的方法――利用環(huán)氧樹脂在氧化石墨烯側面“筑墻加固”，不僅有效地阻止了變形，還可以可精確控制薄膜的孔隙大小，阻擋鹽分隨水流過，水分子能通過這層屏障，據(jù)此過濾海水中鹽分，將鹽水變?yōu)榈?，脫鹽應用十分理想。

小編要暢想一下，未來家里洗衣做飯的自來水，主要來自海水。海水淡化的過程，簡單到只需在水龍頭上安裝一個凈水設備，其內部裝有更強大的功能化石墨烯類碳材料薄膜。

2.石墨烯類碳材料及其復合物――水處理中的優(yōu)質吸附劑