作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，石墨烯被称为“黑金”、“新材料之王”。科学家甚至预言石墨烯将“彻底改变21世纪”，极有可能掀起一场席卷全球的颠覆性新技术新产业革命。环保科研人员也兴趣盎然，在这种单原子薄膜上“精工细作”，他们相信，石墨烯在洁水去污、净化环境等方面，蕴含着巨大的潜力。

石墨烯（Graphene）

是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六边形呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。想象一下，每一个碳原子，与周围三个邻居以共价键连接，一层碳原子就这样构成了一个由无数个六边形组成的二维网状结构。此时，小编建议您回想一下足球球门六边形球网的样子。

海姆与诺沃肖洛夫赠送给瑞典诺贝尔博物馆的石墨、石墨烯电晶体与“签名款”胶带

石墨烯一直被认为是假设性的结构，无法单独稳定存在，直至2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈・海姆和康斯坦丁・诺沃肖洛夫，成功地在实验室从石墨中分离出石墨烯，从而证实它可以单独存在，两人也因此共同分享了2010年诺贝尔物理学奖。

说到这一分离过程，小编不得不惊叹：某些伟大的创造和发现，是极富灵动的头脑 + 奇妙想象和实践的过程。海姆和团队成员偶然地发现，将石墨片放置在塑料胶带中，折叠胶带粘住石墨薄片的两侧，撕开胶带，薄片也随之一分为二。不断重复这一过程，就可以得到越来越薄的石墨薄片，其中由一层碳原子构成就是石墨烯，因此被媒体称为“胶带撕出的诺贝尔奖”。

“能屈能伸”的石墨烯

石墨烯由单层原子构成的。碳原子之间相互连接成六角网格。这种结构，就使得石墨烯弯曲灵活，变幻无穷。铅笔里用的石墨就相当于一层一层的石墨烯叠在一起，而富勒烯（足球烯、C60）可以看成是石墨烯按一定方式被团成了一个球，碳纳米管则是石墨烯卷成了筒状。这就好比被擀好的面皮儿，可以做成千层饼、麻团儿和卷饼。

1.氧化石墨烯薄膜――海水淡化不再是天方夜谭

氧化石墨烯

海水淡化

石墨烯以独特的力学和电学特性被称为“神奇材料”，它与水的相互作用有趣，却也是令人困惑的：石墨烯表面排斥水分子，但当石墨烯薄膜浸入到水中时，毛细通道却允许水分子快速渗透。石墨烯与水之间的这种“若即若离”的关系令科学家着迷。近年来，科学家一直探索着将石墨烯家族作为新型材料在水处理中加以应用。一种石墨烯衍生物――氧化石墨烯（graphene oxide，GO）薄膜作为可用于过滤工艺的替代品，受到了大量的关注。氧化石墨烯的这一性质，能够为水处理领域的研究提供新的更广阔的思路。

联合国2016年3月21日公布的数据显示，到2025年，全球将约有18亿人口面临绝对缺水的问题，约三分之二的人口可能要在用水紧张的条件下生活。严格地讲，我们的蓝色星球并不缺“水”――地表超过七成面积被海洋覆盖。人们守着这个巨大“水资源宝库”，却无力掘出宝藏。现在，研究人员实现了利用氧化石墨烯薄膜筛选食盐这一吃香的技术，用于海水淡化。

在此之前，氧化石墨烯薄膜早已被证实可被用于过滤小型纳米粒子、有机分子以及大颗粒盐。然而对于尺寸更小的海水中的盐，则束手无策。因为氯化钠在水中溶解后，其离子会被水分子簇拥，周围形成一层“水膜”，即水合层。问题是，氧化石墨烯长时间浸泡在水中后会变形扩张，“筛孔”变大，小颗粒盐分会随水分子一同流过薄膜，因此很难进行有效的分离。想要用于盐的筛选，就需要更细密的“筛子”。

人类的需求，是科学探索的动力。研究人员对这些石墨烯薄膜进行了改进，发现了一种避免薄膜在水中膨胀的方法――利用环氧树脂在氧化石墨烯侧面“筑墙加固”，不仅有效地阻止了变形，还可以可精确控制薄膜的孔隙大小，阻挡盐分随水流过，水分子能通过这层屏障，据此过滤海水中盐分，将盐水变为淡水，脱盐应用十分理想。

小编要畅想一下，未来家里洗衣做饭的自来水，主要来自海水。海水淡化的过程，简单到只需在水龙头上安装一个净水设备，其内部装有更强大的功能化石墨烯类碳材料薄膜。

2.石墨烯类碳材料及其复合物――水处理中的优质吸附剂