PG电子- PG电子平台- PG电子官方网站多孔石墨烯是指在二维基面上具有纳米级孔隙的碳材料，是近年来石墨烯缺陷功能化的研究热点。多孔石墨烯不仅保留了石墨烯优良的性质，而且相比惰性的石墨烯表面，孔的存在促进了物质运输效率的提高，特别是原子级别的孔可以起到筛分不同尺寸的离子/分子的作用。更重要的是，孔的引入还有效地打开了石墨烯的能带隙，促进了石墨烯在电子器件领域的应用。在这里，小编会向大家介绍多孔石墨烯的一些基本性质和特性，并对其理论研究、制备方法和应用的研究进展进行了评述。

　　多孔石墨烯（PG）又称石墨烯筛（GNM）是指在二维基面上具有纳米孔的碳材料。大量的理论和计算表明，PG中的孔是碳原子从晶格中被移除或者转移到表面而留下的空位，其本身是一种缺陷。对Gr进行高能粒子辐射、化学处理都会导致这种缺陷的产生。在制备的过程中，由于缺陷会影响Gr的电学性质、磁学性质和机械性质，尤其在电学性质中，缺陷造成载流子和声子散射，减少了传输路径，从而影响载流子的迁移率，因此需要尽量保持晶体结构的完整性。但孔缺陷并不都有弊，相反，孔缺陷还可以使Gr获得一些新的功能。如，的理论比表面积高达2640m2/g，但由于π-π电子的作用，很容易产生团聚，导致比表面积会出现大幅下降，而PG不会产生此种现象。

　　在Gr中，理想的碳原子排列是六元环结构。 因此，把Gr裁剪成具有一定宽度准一维的纳米材料GNR可以获得两种不同的边缘结构类型——扶手型和锯齿形。具有锯齿形边缘的石墨烯通常呈金属性，而具有扶手型边缘的既可能呈金属性，也可能呈半导体型，这取决于纳米带的宽度。实际上，GNR的边缘是不规则的，并不严格遵守两种边缘结构类型。因为sp2杂化可以将碳原子排列成不同的多边形结构，只要满足特定的对称规律，非六元环的结构就可能出现。并且，轻微的结构变化都将导致两种边缘类型的GNR在导体性质上无差异。在PG中，这两种边缘结构是同时存在的，因此PG的电子结构不仅可以由其边缘的类型来决定，还取决于活性边缘的数量。然而，由于PG纳米孔的周期性和颈宽不一致，以及各个孔的形状和边缘形貌也不同，其电学性质表现出更复杂的行为。

　　PG有别于Gr的性质来源于纳米孔的引入。以氧化还原法制备Gr为例，在还原的过程中，表面的含氧官能团也随之被去除，片层间的静电斥力降低，导致Gr很容易发生团聚，这种团聚不仅降低比表面积，还会阻碍其他物质如电解质离子进入到Gr片层中。而PG由于面内不同尺寸孔的引入，避免了团聚造成的不利影响；介孔和大孔可以促进物质的渗透和输运；而微孔则有利于比表面积的提高。纳米孔结构的引入，使得PG具有高的比表面积、丰富的传质通道、可调控的能带隙、高的孔边缘活性、透气性、良好的机械稳定性以及生物化学传感等特性。

　　CVD法被认为是合成无缺陷大尺寸Gr的理想方法，但在一些电子器件领域，连续生长的Gr应用受到限制，因此需要将Gr图案化。科学家使用图案化的氧化铝对铜箔掩模，采用无障碍引导CVD刻蚀法，在铜箔表面生成Gr，如下图。由于铜箔部分表面被氧化铝覆盖，造成此处铜箔的钝化，阻碍Gr的生成。相比自上而下制备PG的方法，此方法制备的Gr晶体结构完整，化学性质稳定，边缘结构不会紊乱，可以人为的调整Gr孔的构型。在晶体材料的刻蚀中，传统刻蚀方法通常为各向异性刻蚀，图案比较简单。

　　在低温燃料电池（包括质子交换膜燃料电池和碱性燃料电池等）催化剂中，铂Pt基催化剂是应用最广泛的，因为它具有优良的氧还原催化活性和良好的电化学稳定性。但是Pt的成本较高，而且颗粒粒径和分散性对其性能影响较大。因此，制备高度分散的Pt基催化剂非常关键，这与载体的比表面积、电导率和电化学稳定性有关。而Gr具备高的比表面积和导电性能，用作催化剂载体无疑具有巨大潜力。PG不仅可以用于金属催化剂载体，其本身还可以作为非贵金属催化剂使用。

　　在工业中对气体的提纯主要有液化分离精馏法和变压吸附法，近些年来新兴的膜分离法以其低廉的成本、简单的设备要求而发挥着重要作用。通常要求气体分离膜的机械稳定性好，并且不和筛分气体发生反应。虽然Gr表面呈惰性，外来物质很难渗透到其晶格中，但大量的理论研究表明，在Gr表面引入纳米孔之后，可以实现对不同尺寸的分子和离子的筛分。有的理论将分子的渗透速率归因于石墨烯薄膜表面分子的吸附量，认为分子的渗透速率是与吸附量成正比的。