文 献 综 述

1. 前言

石墨烯（Graphene）又称单层石墨片，是一种碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，其基本结构单元为有机材料中最稳定的苯六元环, 其理论厚度仅为0.335nm, 是目前所发现的最薄的二维材料^[1]。石墨烯是构成其它石墨材料的基本单元, 可以翘曲变成零维的富勒烯，卷曲形成一维的CNTs^[2]或者堆叠成三维的石墨。这种特殊结构使石墨烯表现出许多特性，如优异的电学性能、突出的导热性能、超常的比表面积、高的机械强度,并且还具有一些独特的性能, 如完美的量子隧道效应、半整数量子霍尔效应、永不消失的电导率等一系列性质^[3]。这些优异性质使得石墨烯在晶体管、太阳能电池、传感器、超级电容器、场发射和催化剂载体等领域有着广泛的应用前景。

1-1 石墨烯分子结构示意图

石墨烯的氧化物形式#8212;#8212;氧化石墨烯（GO）是石墨烯的一种衍生物，其结构与石墨烯基本相似，不同的是在氧化石墨烯表面，分布着大量的极性含氧官能团，包括面内分布的羟基，环氧基和边缘的羧基和羰基。因此，氧化石墨烯具有较高的比表面能、良好的亲水性、机械性能和分散稳定性，表面富含的各种含氧基团使其表面易于修饰，同时提高对带正电荷基团的金属离子的吸附能力。近年来，氧化石墨烯的复合材料发展十分迅速，不论是其聚合物类复合材料还是无机物类复合材料，都显示出非常优越的性能，在能源、电子、生物医药、催化等领域都有潜在的应用价值。将氧化石墨烯制备成分离膜可实现混合气体的分离，目前已有研究表明氧化石墨烯膜作为一种潜在的气体分离膜具有很好的渗透性和选择性，在分离H₂、CO₂等气体的应用方面具有前景。

2.气体分离膜技术简介

2.1基本原理

气体膜分离过程就是以膜两侧压差为推动力下，把要分离的气体混合物通过膜的选择渗透作用使其分离的过程。分离膜通过对不同气体的不同渗透速率从而达到气体分离的目的（见图2-1）。目前被大规模工业化应用的气体分离膜装置主要采用高分子膜^[4]，针对气体分离的无机膜尚处于实验室阶段^[5]。