纳孔石墨烯自上而下法的制备合成介绍

石墨烯有多种衍生物，其中氧化石墨烯最为著名。氧化石墨烯就是石墨烯的氧化物，因表面富含大量的含氧功能基团，不仅易于化学修饰，且易溶于水等溶剂，但由于它片层间较强的相互作用力，极易堆积团聚，因此其比表面积较低。如在石墨烯表面制备大量纳米级的孔，不仅可以扩大比表面积，还可增加其机械性能的坚韧性。

 

纳孔石墨烯的制备方法包括“自上而下”的物理或化学方法以及“自下而上”化学合成法：

1. “自下而上”：主要利用化学合成手段将有机小分子组装成二维纳孔石墨烯片，但是该方法具有高耗能和低产率等缺点。

2. “自上而下”物理合成方法：主要利用高能粒子、射线等对石墨烯进行适当的辐照，进而在其表面制备出一定数量、密度和孔径的纳米孔。

“自上而下”的化学合成法制备纳孔石墨烯：

主要利用金属或金属氧化物纳米球作为蚀刻模板，利用氧化石墨烯为原料。在高温密闭缺氧的条件下，金属单质或氧化物纳米颗粒会在氧化石墨烯的表面“烧出”一个孔。与此同时，氧化石墨烯表面的基团将被高温去除，进而变为含氧量较低的纳孔石墨烯。然而该方法需一些特殊设备和高温密闭的条件，因此需要预先合成纳米球的蚀刻模板，因此合成过程漫长、复杂且耗能较高。

氧化石墨烯与硝酸锌混合溶液，在快速抽滤、干燥、点燃后，混合物即可变为氧化锌纳米颗粒与纳孔石墨烯的混合物，用强酸洗去金属氧化物纳米颗粒以后即可得到纳孔石墨烯材料。通过长期大量的研究发现，硝酸锌和氧化石墨烯混合液共抽滤以后，氧化石墨烯层间会插入一层水合硝酸锌纳米片，该纳米片表面还有一定数量、尺寸的纳米孔。燃烧过程中，层状水合硝酸锌纳米孔中裸露出的氧化石墨烯会被快速烧去，而夹在层状水合硝酸锌层间的氧化石墨烯被完整保留，同时表面的含氧基团被高温烧掉，形成还原态的纳孔石墨烯材料。

大量表征和计算表明，层状水合硝酸锌为一种类水滑石的结构，其表面孔径的大小取决于硝酸锌的加入量，因此可以通过硝酸盐的加入量控制石墨烯纳米孔的尺寸。随后，利用真空抽滤法将纳孔石墨烯材料制备为多层的纳孔石墨烯滤膜，并将其用于钠离子和钾离子的分离，获得了优异的分离性能。

 

缺点：“自上而下”的化学合成方法速度快、效率高、成本超低，但首先需要合成氧化石墨烯，再通过燃烧法将其制备成纳孔石墨烯。简言之，现有的自上而下的合成方法均需两步完成，首先合成石墨烯或氧化石墨烯，然而利用物理或化学方法将其制备为纳孔石墨烯。

以上资料来自小编西安瑞禧生物（YQ2021.1）