中國粉體網訊 近日，山東大學環境學院王志寧教授團隊成功制備了一種高性能的偕胺肟基修飾的環糊精/石墨烯氣凝膠，該氣凝膠不僅對海水中鈾表現出較強親和力和選擇性，還具有較強的機械性能和抗油污性能。在天然海水中具有出色的鈾提取能力，21天即可實現19.7mg/g的鈾吸附量。此外，該氣凝膠具有較好的機械性能和抗油污性能，使其在真實海水提鈾的應用中更具優勢。
近十年來，石墨烯作為二維蜂窩狀結構的碳材料的一種，因其具有優異的物理化學特性受到科學家的廣泛關注。石墨烯的厚度僅為0.35nm左右，是世界上最薄的二維材料。然而，由于石墨烯沒有能帶隙，使其電導性不能像傳統的半導體一樣完全被控制，而且石墨烯表面光滑且呈惰性，不利于與其他材料的復合，從而阻礙了石墨烯的應用。氣凝膠作為一種納米多孔材料，具有連續的三維納米多孔網絡結構，具有超低密度、高比表面積、高孔隙率、低熱導率、低折射率及低介電常數等優良特性。
石墨烯氣凝膠(GA)的基本單元是具有二維蜂巢晶格的石墨烯片層結構，石墨烯氣凝膠的結構是由石墨烯片層相互堆疊組裝成三維多孔網絡結構，該結構有效地兼具了石墨烯的納米特性和氣凝膠的宏觀結構，是一種以石墨烯為基體的三維多孔材料，同時具有石墨烯和氣凝膠的優良性能：比表面積大、密度低、獨特的納米特性、良好的電學特性以及穩定的化學特性等。因其優良的性能，主要應用在吸附、催化和儲能等領域。
石墨烯氣凝膠的制備
石墨烯氣凝膠最常用的方法有原位還原法、水熱法、化學交聯法和模板法，將氧 化石墨烯（GO）分散在水中制備均勻分散液，從而制備石墨烯水凝膠，再經過冷凍或者超臨界干燥得到石墨烯氣凝膠（GA）。
1、氧化還原法
原位還原法是以GO為原料，將其均勻分散在液相（通常為水）中，GO含有大量的羥基等含氧基團，非常容易在水中分散。在液相中，加入還原劑對GO進行還原，GO通過還原含氧官能團逐漸減少，石墨烯片層便會相互搭接形成三維疏松多孔的三維網狀結構，也就是石墨烯水凝膠，其后經過干燥得到石墨烯氣凝膠GA。
2、水熱法
水熱法主要是在水熱反應釜中，在高溫高壓的條件下，利用氫鍵、范德華力和π-π鍵的相互作用制備石墨烯水凝膠，再通過冷凍或超臨界干燥制備石墨烯氣凝膠。
3、化學交聯法
化學交聯法一般使用交聯劑，促進GO通過物理或化學的相互作用形成三維網狀結構。之后根據需求選擇不同的交聯劑，一般有原位聚合法、樹脂膠黏法、分子交聯法等。
4、模板法
模板法所用的模板包括納米微球類模板和泡沫類模板兩大類。利用微球作為模板能夠得到連續貫穿規則孔道的石墨烯氣凝膠。模板-化學氣相沉積（CVD）是應用比較廣泛的方法，在形成三維結構的石墨烯氣凝膠的過程中采用一些具有三維骨架的材料，在反應結束后，將模板去掉，由石墨烯片層最終形成有規則的石墨烯泡沫，即石墨烯氣凝膠。
5、其他方法
石墨烯氣凝膠制備方法除了上述方法之外，還有許多其他方法。如:Lee等采用多孔材料物理浸漬的方法制備石墨烯氣凝膠，將三聚氰胺海綿浸入石墨烯溶液，其后將海綿腐蝕后得到石墨烯三維網絡。Zhu等使用三維打印的方式直接將GO 漿打印出來，從而得到GO三維網絡。
小結：
隨著核工業的不斷發展，核反應的主要原料金屬鈾的需求量越來越大。傳統的陸地鈾礦資源難以保障核能的可持續發展，如果能夠將海水中的鈾資源富集利用，實現高效的海水提鈾，將為核能的發展帶來巨大的推動作用。而突發性核泄漏以及核廢水排放入海，將嚴重影響動植物和生態環境，對人體健康構成極大的危害。因此從能源保障和環境安全兩方面來考慮，高效石墨烯氣凝膠吸附材料對于提取海水中的鈾具有十分重要的現實意義。
石墨烯氣凝膠的特殊結構，尤其是三維納米多孔結構的制備和性能研究將成為該材料研究的高端方向。石墨烯氣凝膠因其結構穩定、比表面積大、獨特的納米特性、良好的電學特性，未來可在吸附材料、超級電容電極材料、儲能材料、轉化裝置載體等諸多研究領域大放光彩。
參考來源：
1、化工新材料：山東大學開發一種用于海水提鈾的高效石墨烯氣凝膠吸附材料
2、劉徐越等：石墨烯氣凝膠在催化領域的研究進展
3、劉康愷等：環糊精基石墨烯氣凝膠的制備及其氣體吸附性能研究
（中國粉體網編輯整理/青黎）
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