石墨烯是由單層sp²雜化碳原子呈六邊形排列的而組成的一種二維碳材料，具有較大的理論比表面積、較高的本征載流子遷移率、較高的導(dǎo)熱系數(shù)、室溫下超高的電導(dǎo)率等優(yōu)點(diǎn)。由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，石墨烯已逐漸成為**吸引力的應(yīng)用材料之一。

石墨烯同時(shí)也存在著不足之處，如在數(shù)字電子領(lǐng)域，由于石墨烯的電子之間缺乏帶隙，一旦數(shù)據(jù)傳送之后便很難停止。**的解決辦法就是就是通過(guò)在石墨烯表面打孔形成帶隙或者整合二維石墨烯構(gòu)建具有特定三維結(jié)構(gòu)的石墨烯，形成多孔結(jié)構(gòu)。

多孔石墨烯的制備方法

模板法

模板法根據(jù)模板的組成及特性不同又可分為硬模板法和軟模板法兩種。

硬模板法

通過(guò)硬模板法制備多孔石墨烯材料主要涉及以下四個(gè)方面：（1）制備硬模板；（2）對(duì)模板表面進(jìn)行功能化/改性，以獲得適宜的表面性能；（3）通過(guò)各種方法將石墨烯或其衍生物，如氧化石墨烯涂覆在模板上；（4）選擇性去除模板。

硬模板法也存在許多缺點(diǎn)，如產(chǎn)率相對(duì)不高，無(wú)法實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)，采用多步合成工藝時(shí)限制較大，模板移除時(shí)結(jié)構(gòu)堅(jiān)固性不足等。

軟模板法

軟模板法是碳前驅(qū)體與軟模板之間相互作用進(jìn)行的自組裝反應(yīng)，經(jīng)過(guò)高溫碳化、聚合得到多孔石墨烯，其孔結(jié)構(gòu)主要取決于合成條件，如反應(yīng)物比例、溶劑類型和反應(yīng)溫度等，該方法可直接用于合成介孔或大孔石墨烯材料。

相比于硬模板，軟模板本質(zhì)上是在分子層面的合成，利用化學(xué)鍵或親/疏水作用力相互作用的同時(shí)構(gòu)造多孔結(jié)構(gòu)，在軟模板法制備多孔石墨烯材料的過(guò)程中，起重要作用的是模板與表面活性劑之間的化學(xué)反應(yīng)。

無(wú)模板法

無(wú)模板法包括刻蝕法、溶劑熱法和化學(xué)氣相沉積法。

刻蝕法

刻蝕法是利用刻蝕劑與石墨烯之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使石墨烯表面的碳原子被反應(yīng)刻蝕以后留下孔結(jié)構(gòu)的一種方法。該方法對(duì)于材料的刻蝕具有明顯的選擇性，即刻蝕結(jié)束立刻停止，不會(huì)損壞其余層面的材料。

溶劑熱法

溶劑熱法是在特定的高壓反應(yīng)釜中，利用水或有機(jī)溶劑作為反應(yīng)體系，將其加熱至臨界溫度，在高壓反應(yīng)體系中進(jìn)行材料合成的一種方法，該方法**地減少了環(huán)境污染，并且制備得到的多孔石墨烯材料具有孔徑可控的優(yōu)勢(shì)。

化學(xué)氣相沉積法

化學(xué)氣相沉積法制備多孔石墨烯材料的主要過(guò)程是將甲烷、乙炔等含碳?xì)怏w，再使氣態(tài)碳源沉積到固態(tài)體基體表面，制備得到石墨烯，然后在保護(hù)氣體中逐漸升溫，最終獲得多孔石墨烯材料的一種方法。該方法操作簡(jiǎn)單、可大規(guī)模生產(chǎn)，且制得的多孔石墨烯材料結(jié)構(gòu)完整，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能。

多孔石墨烯及其復(fù)合材料的應(yīng)用

電極材料

以多孔石墨烯或復(fù)合材料為電極材料，其高度連通的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)大大促進(jìn)了離子的快速輸運(yùn)，從而使材料呈現(xiàn)出較高容量和功率特性。

環(huán)境吸附材料

多孔石墨烯具有豐富的孔道結(jié)構(gòu)，由于制備方法的差異，表面含有較多的缺陷，能夠較容易引入不同功能團(tuán)。多孔石墨烯及其復(fù)合材料在油/水分離、金屬離子吸附和染料分子去除等方面均有諸多應(yīng)用。

分離領(lǐng)域

通過(guò)模型建立和計(jì)算機(jī)模擬發(fā)現(xiàn)，多孔石墨烯對(duì)氫氣（H2）、氮?dú)猓∟2）和硫化氫（H2S）等氣體分子具有較高的滲透性和選擇性，能夠有效分離H2/CH4、CO2/N2和H2S/CH4等混合氣體。

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