石墨烯：在海水淡化等方面令人驚喜

2017年，英國和中國的科學(xué)家先后利用不同方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)氧化石墨烯層間距的精確控制，使得體積較小的水分子可以順利通過，而鹽離子則被“堵在門外”。該成果展現(xiàn)了氧化石墨烯在海水淡化領(lǐng)域的巨大潛力。

氧化石墨烯是石墨烯的“孿生弟弟”。自2004年英國物理學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)用看似不可思議的“撕膠帶”的方法，從大塊石墨中剝離出科學(xué)家曾理論預(yù)言不可能穩(wěn)定存在的單層石墨烯以來，石墨烯這一科學(xué)名詞已變得家喻戶曉。短短十幾年，圍繞石墨烯的各項(xiàng)研究發(fā)展迅猛，并展現(xiàn)出極其廣闊的應(yīng)用前景。

石墨烯是“碳材料家族”中的一員，是由一個(gè)個(gè)碳原子在平面內(nèi)按照六邊形蜂窩狀結(jié)構(gòu)排列形成的一種層狀材料。由于其厚度只有一個(gè)碳原子的大小，約為0．34納米，相當(dāng)于一根頭發(fā)絲的二十萬分之一，是人類迄今為止發(fā)現(xiàn)的最薄的材料，石墨烯也被稱作是一種二維材料。

正是由于這種特殊的二維原子結(jié)構(gòu)，石墨烯展現(xiàn)出了許多普通三維材料并不具備的奇異性質(zhì)。單層石墨烯的透光率高達(dá)97．7％，肉眼看過去幾乎是完全透明的。它有著絕佳的導(dǎo)熱性，熱傳導(dǎo)能力是金剛石的兩倍以上。石墨烯的機(jī)械強(qiáng)度極大，比鋼鐵還要強(qiáng)200倍，如果把1平方米的單層石墨烯做成一張吊床，區(qū)區(qū)0．34納米的厚度便可以穩(wěn)穩(wěn)地承載一只貓。石墨烯還具有十分優(yōu)良的電學(xué)性質(zhì)，導(dǎo)電性比銀和銅還強(qiáng)，載流子遷移率比碳納米管和硅還高。

基于石墨烯極其優(yōu)異的物理特性，人們對(duì)它的應(yīng)用寄予厚望。近十年的研究表明，石墨烯在基礎(chǔ)研究、高頻電子器件、柔性顯示、電化學(xué)生物傳感器、新能源電池、超級(jí)電容、導(dǎo)熱材料、航空航天等領(lǐng)域有著非凡的應(yīng)用潛力，被譽(yù)為“黑金”和“新材料之王”。

在眾多潛在應(yīng)用中，石墨烯凈水技術(shù)不僅在原理上具備較高的可行性，在實(shí)驗(yàn)室也取得了許多重大突破。眾所周知，活性炭作為一種常見的傳統(tǒng)污水處理材料，內(nèi)部有很多疏松的孔隙，具有很強(qiáng)的吸附能力。而石墨烯特殊的層狀和孔狀結(jié)構(gòu)，使其吸附能力是活性炭的成百上千倍。在此基礎(chǔ)上，科學(xué)家通過微觀調(diào)控、修飾與改性，制造出了許多種不同的具有超高效吸附特性的石墨烯基吸附材料，它們不僅能吸附超過自身質(zhì)量數(shù)百倍的污染物，還可以循環(huán)使用，大大降低使用成本?？梢哉f，石墨烯在污水處理和海水淡化方面提供了令人驚喜的全新解決方案。

目前，中國石墨烯產(chǎn)業(yè)已被列入《“十三五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》和“中國制造2025”重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域之一。我國在石墨烯領(lǐng)域的研究水平在國際上具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，包括石墨烯凈水技術(shù)在內(nèi)的一些技術(shù)突破正逐漸從實(shí)驗(yàn)室走向市場(chǎng)應(yīng)用。我們相信，與石墨烯有關(guān)的新技術(shù)、新發(fā)明會(huì)在不遠(yuǎn)的將來走進(jìn)人們的日常生活，給人類帶來巨大福音。