近日，山东大学环境学院王志宁教授团队成功制备了一种高性能的偕胺肟基修饰的环糊精/石墨烯气凝胶，该气凝胶不仅对海水中铀表现出较强亲和力和选择性，还具有较强的机械性能和抗油污性能。在天然海水中具有出色的铀提取能力，21天即可实现19.7mg/g的铀吸附量。此外，该气凝胶具有较好的机械性能和抗油污性能，使其在真实海水提铀的应用中更具优势。
近十年来，石墨烯作为二维蜂窝状结构的碳材料的一种，因其具有优异的物理化学特性受到科学家的广泛关注。石墨烯的厚度仅为0.35nm左右，是世界上最薄的二维材料。然而，由于石墨烯没有能带隙，使其电导性不能像传统的半导体一样完全被控制，而且石墨烯表面光滑且呈惰性，不利于与其他材料的复合，从而阻碍了石墨烯的应用。气凝胶作为一种纳米多孔材料，具有连续的三维纳米多孔网络结构，具有超低密度、高比表面积、高孔隙率、低热导率、低折射率及低介电常数等优良特性。
石墨烯气凝胶(GA)的基本单元是具有二维蜂巢晶格的石墨烯片层结构，石墨烯气凝胶的结构是由石墨烯片层相互堆叠组装成三维多孔网络结构，该结构有效地兼具了石墨烯的纳米特性和气凝胶的宏观结构，是一种以石墨烯为基体的三维多孔材料，同时具有石墨烯和气凝胶的优良性能：比表面积大、密度低、独特的纳米特性、良好的电学特性以及稳定的化学特性等。因其优良的性能，主要应用在吸附、催化和储能等领域。
石墨烯气凝胶的制备
石墨烯气凝胶最常用的方法有原位还原法、水热法、化学交联法和模板法，将氧 化石墨烯（GO）分散在水中制备均匀分散液，从而制备石墨烯水凝胶，再经过冷冻或者超临界干燥得到石墨烯气凝胶（GA）。
1、氧化还原法
原位还原法是以GO为原料，将其均匀分散在液相（通常为水）中，GO含有大量的羟基等含氧基团，非常容易在水中分散。在液相中，加入还原剂对GO进行还原，GO通过还原含氧官能团逐渐减少，石墨烯片层便会相互搭接形成三维疏松多孔的三维网状结构，也就是石墨烯水凝胶，其后经过干燥得到石墨烯气凝胶GA。
2、水热法
水热法主要是在水热反应釜中，在高温高压的条件下，利用氢键、范德华力和π-π键的相互作用制备石墨烯水凝胶，再通过冷冻或超临界干燥制备石墨烯气凝胶。
3、化学交联法
化学交联法一般使用交联剂，促进GO通过物理或化学的相互作用形成三维网状结构。之后根据需求选择不同的交联剂，一般有原位聚合法、树脂胶黏法、分子交联法等。
4、模板法
模板法所用的模板包括纳米微球类模板和泡沫类模板两大类。利用微球作为模板能够得到连续贯穿规则孔道的石墨烯气凝胶。模板-化学气相沉积（CVD）是应用比较广泛的方法，在形成三维结构的石墨烯气凝胶的过程中采用一些具有三维骨架的材料，在反应结束后，将模板去掉，由石墨烯片层最终形成有规则的石墨烯泡沫，即石墨烯气凝胶。
5、其他方法
石墨烯气凝胶制备方法除了上述方法之外，还有许多其他方法。如:Lee等采用多孔材料物理浸渍的方法制备石墨烯气凝胶，将三聚氰胺海绵浸入石墨烯溶液，其后将海绵腐蚀后得到石墨烯三维网络。Zhu等使用三维打印的方式直接将GO 浆打印出来，从而得到GO三维网络。
小结：
随着核工业的不断发展，核反应的主要原料金属铀的需求量越来越大。传统的陆地铀矿资源难以保障核能的可持续发展，如果能够将海水中的铀资源富集利用，实现高效的海水提铀，将为核能的发展带来巨大的推动作用。而突发性核泄漏以及核废水排放入海，将严重影响动植物和生态环境，对人体健康构成极大的危害。因此从能源保障和环境安全两方面来考虑，高效石墨烯气凝胶吸附材料对于提取海水中的铀具有十分重要的现实意义。
石墨烯气凝胶的特殊结构，尤其是三维纳米多孔结构的制备和性能研究将成为该材料研究的高端方向。石墨烯气凝胶因其结构稳定、比表面积大、独特的纳米特性、良好的电学特性，未来可在吸附材料、超级电容电极材料、储能材料、转化装置载体等诸多研究领域大放光彩。
参考来源：
1、化工新材料：山东大学开发一种用于海水提铀的高效石墨烯气凝胶吸附材料
2、刘徐越等：石墨烯气凝胶在催化领域的研究进展
3、刘康恺等：环糊精基石墨烯气凝胶的制备及其气体吸附性能研究
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