中國粉體網(wǎng)訊 近日，山東大學(xué)環(huán)境學(xué)院王志寧教授團(tuán)隊(duì)成功制備了一種高性能的偕胺肟基修飾的環(huán)糊精/石墨烯氣凝膠，該氣凝膠不僅對海水中鈾表現(xiàn)出較強(qiáng)親和力和選擇性，還具有較強(qiáng)的機(jī)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(shí)現(xiàn)19.7mg/g的鈾吸附量。此外，該氣凝膠具有較好的機(jī)械性能和抗油污性能，使其在真實(shí)海水提鈾的應(yīng)用中更具優(yōu)勢。
近十年來，石墨烯作為二維蜂窩狀結(jié)構(gòu)的碳材料的一種，因其具有優(yōu)異的物理化學(xué)特性受到科學(xué)家的廣泛關(guān)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(dǎo)性不能像傳統(tǒng)的半導(dǎo)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(fù)合，從而阻礙了石墨烯的應(yīng)用。氣凝膠作為一種納米多孔材料，具有連續(xù)的三維納米多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具有超低密度、高比表面積、高孔隙率、低熱導(dǎo)率、低折射率及低介電常數(shù)等優(yōu)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(jié)構(gòu)，石墨烯氣凝膠的結(jié)構(gòu)是由石墨烯片層相互堆疊組裝成三維多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)有效地兼具了石墨烯的納米特性和氣凝膠的宏觀結(jié)構(gòu)，是一種以石墨烯為基體的三維多孔材料，同時(shí)具有石墨烯和氣凝膠的優(yōu)良性能：比表面積大、密度低、獨(dú)特的納米特性、良好的電學(xué)特性以及穩(wěn)定的化學(xué)特性等。因其優(yōu)良的性能，主要應(yīng)用在吸附、催化和儲能等領(lǐng)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(xué)交聯(lián)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(jīng)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(tuán)，非常容易在水中分散。在液相中，加入還原劑對GO進(jìn)行還原，GO通過還原含氧官能團(tuán)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(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，也就是石墨烯水凝膠，其后經(jīng)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(yīng)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(xué)交聯(lián)法
化學(xué)交聯(lián)法一般使用交聯(lián)劑，促進(jìn)GO通過物理或化學(xué)的相互作用形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。之后根據(jù)需求選擇不同的交聯(lián)劑，一般有原位聚合法、樹脂膠黏法、分子交聯(lián)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(xù)貫穿規(guī)則孔道的石墨烯氣凝膠。模板-化學(xué)氣相沉積（CVD）是應(yīng)用比較廣泛的方法，在形成三維結(jié)構(gòu)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(yīng)結(jié)束后，將模板去掉，由石墨烯片層最終形成有規(guī)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(wǎng)絡(luò)。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(wǎng)絡(luò)。
小結(jié)：
隨著核工業(yè)的不斷發(fā)展，核反應(yīng)的主要原料金屬鈾的需求量越來越大。傳統(tǒng)的陸地鈾礦資源難以保障核能的可持續(xù)發(fā)展，如果能夠?qū)⒑Ｋ械拟欃Y源富集利用，實(shí)現(xiàn)高效的海水提鈾，將為核能的發(fā)展帶來巨大的推動作用。而突發(fā)性核泄漏以及核廢水排放入海，將嚴(yán)重影響動植物和生態(tài)環(huán)境，對人體健康構(gòu)成極大的危害。因此從能源保障和環(huán)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(xiàn)實(shí)意義。
石墨烯氣凝膠的特殊結(jié)構(gòu)，尤其是三維納米多孔結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)穩(wěn)定、比表面積大、獨(dú)特的納米特性、良好的電學(xué)特性，未來可在吸附材料、超級電容電極材料、儲能材料、轉(zhuǎn)化裝置載體等諸多研究領(lǐng)域大放光彩。
參考來源：
1、化工新材料：山東大學(xué)開發(fā)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(lǐng)域的研究進(jìn)展
3、劉康愷等：環(huán)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(wǎng)編輯整理/青黎）
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