作為目前發(fā)現(xiàn)的最薄、強(qiáng)度最大、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能最強(qiáng)的一種新型納米材料，石墨烯被稱為“黑金”、“新材料之王”?？茖W(xué)家甚至預(yù)言石墨烯將“徹底改變21世紀(jì)”，極有可能掀起一場(chǎng)席卷全球的顛覆性新技術(shù)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(xì)作”，他們相信，石墨烯在潔水去污、凈化環(huán)境等方面，蘊(yùn)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(gè)碳原子厚度的二維材料。想象一下，每一個(gè)碳原子，與周圍三個(gè)鄰居以共價(jià)鍵連接，一層碳原子就這樣構(gòu)成了一個(gè)由無數(shù)個(gè)六邊形組成的二維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。此時(shí)，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(zèng)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(rèn)為是假設(shè)性的結(jié)構(gòu)，無法單獨(dú)穩(wěn)定存在，直至2004年，英國(guó)曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家安德烈?海姆和康斯坦丁?諾沃肖洛夫，成功地在實(shí)驗(yàn)室從石墨中分離出石墨烯，從而證實(shí)它可以單獨(dú)存在，兩人也因此共同分享了2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

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(dòng)的頭腦 + 奇妙想象和實(shí)踐的過程。海姆和團(tuán)隊(duì)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(cè)，撕開膠帶，薄片也隨之一分為二。不斷重復(fù)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(gòu)成就是石墨烯，因此被媒體稱為“膠帶撕出的諾貝爾獎(jiǎng)”。

“能屈能伸”的石墨烯

石墨烯由單層原子構(gòu)成的。碳原子之間相互連接成六角網(wǎng)格。這種結(jié)構(gòu)，就使得石墨烯彎曲靈活，變幻無窮。鉛筆里用的石墨就相當(dāng)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(tuán)成了一個(gè)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(tuán)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(dú)特的力學(xué)和電學(xué)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(dāng)石墨烯薄膜浸入到水中時(shí)，毛細(xì)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(guān)系令科學(xué)家著迷。近年來，科學(xué)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(yīng)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(guān)注。氧化石墨烯的這一性質(zhì)，能夠?yàn)樗幚眍I(lǐng)域的研究提供新的更廣闊的思路。

聯(lián)合國(guó)2016年3月21日公布的數(shù)據(jù)顯示，到2025年，全球?qū)⒓s有18億人口面臨絕對(duì)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(yán)格地講，我們的藍(lán)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(gè)巨大“水資源寶庫(kù)”，卻無力掘出寶藏?，F(xiàn)在，研究人員實(shí)現(xiàn)了利用氧化石墨烯薄膜篩選食鹽這一吃香的技術(shù)，用于海水淡化。

在此之前，氧化石墨烯薄膜早已被證實(shí)可被用于過濾小型納米粒子、有機(jī)分子以及大顆粒鹽。然而對(duì)于尺寸更小的海水中的鹽，則束手無策。因?yàn)槁然c在水中溶解后，其離子會(huì)被水分子簇?fù)?，周圍形成一層“水膜”，即水合層。問題是，氧化石墨烯長(zhǎng)時(shí)間浸泡在水中后會(huì)變形擴(kuò)張，“篩孔”變大，小顆粒鹽分會(huì)隨水分子一同流過薄膜，因此很難進(jìn)行有效的分離。想要用于鹽的篩選，就需要更細(xì)密的“篩子”。

人類的需求，是科學(xué)探索的動(dòng)力。研究人員對(duì)這些石墨烯薄膜進(jìn)行了改進(jìn)，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(cè)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(yīng)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(jiǎn)單到只需在水龍頭上安裝一個(gè)凈水設(shè)備，其內(nèi)部裝有更強(qiáng)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(fù)合物――水處理中的優(yōu)質(zhì)吸附劑