文 献 综 述

1. 前言

近年来，膜材料分离已经成为人们解决诸如资源短缺、环境污染等很多关键问题上不可或缺的技术，被广泛应用于海水脱盐、食品加工、药物分离和废气废水处理等众多领域。

与常规分离方法相比，膜分离具有分离效率高、节能、占据较少空间、易于放大和控制、操作方便、无污染等优点。膜材料通过孔径和结构的变化提供更高的渗透通量、更高的选择性和更好的稳定性，能有效的控制通过的分子或离子的透过率，阻止其他分子透过膜表面，实现分离，有很好的选择性透过性。

例如碳基材料等具有优异的分离性能和可加工性的纳米结构的材料，被很好的应用于膜分离材料中。综合考虑到成本以及工艺等各种方面，二维（2D）石墨烯及其衍生物这类新型材料凭借较好的分离性能，为膜分离的开发和研究提供了更多的有效方案。

石墨烯是一种由碳六元环组成的蜂窝状点阵结构的二维材料，其独特的单层原子厚仅为1 nm左右。石墨烯的结构非常稳定，具有很好的化学稳定性以及力学性能，是构成石墨、木炭、碳纳米管和富勒烯等碳同素异形体的基本单元。理想的石墨烯结构是平面六边形点阵，碳原子为sp²杂化，P轨道上自由移动的电子赋予石墨烯良好的导电性。由于碳原子之间的柔韧的连接，石墨烯的结构非常稳定，从而使石墨烯具有优良的导热性。石墨烯本身透明，也是一种良好的导体。

石墨烯的应用领域和前景十分广阔，其超薄，强度大的特点对于超薄材料的研究有很大贡献。其优异的导电性，在微电子领域也被充分利用。作为一种优良的改性剂，在超级电容器、锂离子电池等新能源领域也被作为电极材料助剂。同时，在晶体管、太阳能电池、传感器等领域，石墨烯材料也被得以应用。

图1-1 石墨烯分子结构示意图

氧化石墨烯（GO）是石墨烯的最重要的衍生物之一，是基本的二维结构单元。与石墨烯类似，GO纳米片也是由单原子层构成的网状结构，横向尺寸高达几十微米。但不同的是，氧化石墨烯表面分布着羟基、环氧基、羧基等极性含氧官能团，因此具有良好的亲水性，在水中具有很好的分散性。