氧化石墨烯在海水淡化領域的巨大潛力

氧化石墨烯在海水淡化領域的巨大潛力

2017年，英國和中國的科學家先后利用不同方法，實現了對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”。該成果展現了氧化石墨烯在海水淡化領域的巨大潛力。


氧化石墨烯是石墨烯的“孿生弟弟”。自2004年英國物理學家在實驗室內用看似不可思議的“撕膠帶”的方法，從大塊石墨中剝離出科學家曾理論預言不可能穩定存在的單層石墨烯以來，石墨烯這一科學名詞已變得家喻戶曉。短短十幾年，圍繞石墨烯的各項研究發展迅猛，并展現出極其廣闊的應用前景。


石墨烯是“碳材料家族”中的一員，是由一個個碳原子在平面內按照六邊形蜂窩狀結構排列形成的一種層狀材料。由于其厚度只有一個碳原子的大小，約為0.34納米，相當于一根頭發絲的二十萬分之一，是人類迄今為止發現的最薄的材料，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構，石墨烯展現出了許多普通三維材料并不具備的奇異性質。單層石墨烯的透光率高達97.7%，肉眼看過去幾乎是完全透明的。它有著絕佳的導熱性，熱傳導能力是金剛石的兩倍以上。石墨烯的機械強度極大，比鋼鐵還要強200倍，如果把1平方米的單層石墨烯做成一張吊床，區區0.34納米的厚度便可以穩穩地承載一只貓。石墨烯還具有十分優良的電學性質，導電性比銀和銅還強，載流子遷移率比碳納米管和硅還高。


基于石墨烯極其優異的物理特性，人們對它的應用寄予厚望。近十年的研究表明，石墨烯在基礎研究、高頻電子器件、柔性顯示、電化學生物傳感器、新能源電池、超級電容、導熱材料、航空航天等領域有著非凡的應用潛力，被譽為“黑金”和“新材料之王”。


在眾多潛在應用中，石墨烯凈水技術不僅在原理上具備較高的可行性，在實驗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污水處理材料，內部有很多疏松的孔隙，具有很強的吸附能力。而石墨烯特殊的層狀和孔狀結構，使其吸附能力是活性炭的成百上千倍。在此基礎上，科學家通過微觀調控、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量數百倍的污染物，還可以循環使用，大大降低使用成本。可以說，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，中國石墨烯產業已被列入《“十三五”國家戰略性新興產業發展規劃》和“中國制造2025”重點發展領域之一。我國在石墨烯領域的研究水平在國際上具有很強的競爭力，包括石墨烯凈水技術在內的一些技術突破正逐漸從實驗室走向市場應用。我們相信，與石墨烯有關的新技術、新發明會在不遠的將來走進人們的日常生活，給人類帶來巨大福音。

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