引言

 

例如，多级微介孔结构已被证明能够以较小的微孔隙保留较高的比表面积和反应性，通过更大的介孔进行各种物质更快的扩散和传输[10]。显然，气体吸附技术适合于微介孔石墨烯和石墨烯材料的表征。关于这些基本特性测量的各种研究出版的数量的大量增加，也证明了这一点。 

图2. 活性石墨烯样品的孔径分布,由互补N₂/77K和CO₂/273K吸附等温线非定域DFT建模确定，如插图所示，经物理吸附分析仪测量 （取自参考资料1）

石墨烯的密度 

气体膨胀法法提供了一种快速、清洁和无损评估碳材料密度的方法。该方法的精密度和准确度，如自动化micro-Ultrapyc1200e （能够处理的样品体积微小至0.1cm³）[12]能充分评估石墨烯相关材料的化学和物理特性的差异。
 
 
石墨烯片层的密度可随堆叠的顺序和完善程度而增加。完美叠加和对齐的石墨烯片层的密度接近晶质鳞片状石墨——（2.267 g/cm³）。然而，杂原子堆叠的瑕疵和缺陷趋于降低密度值，这取决于杂原子的性质和成分，以及孔隙的特征。在某些情况下，堆积或集聚期间产生的孔隙可保持与外部气体隔绝。尤其是封闭的孔道会显著降低测量的密度，但可以通过一些过程暴露出来，例如，对大量游离石墨烯粒子进行高能研磨过程[13]。因此，报告的石墨烯相关材料（粉末状或薄膜状）的密度处于~ 1.6 g/cm³[14]和~ 2.1 g/cm³ [15]之间不等，而且这一情况并不少见。
 
 

石墨烯的反应活性

  
虽然理想的石墨烯二维晶体的表面都是均匀的，但是，实际的石墨烯材料往往在能量、化学和物理特性上表现出各向异性。表面位点可能对吸附、离子或电子交换、机械强度等等产生更多反应，包括石墨烯片层边缘、Stone-Wales缺陷点、杂原子、功能基团、杂质、金属催化剂，等等。化学吸收作用和温度编程技术评估石墨烯和石墨烯相关材料更多反应点的数量和质量，采用经典的[16]和更现代化的[17，18]技术，可以采用便利的自动化方法，并且使用现有的的化学吸附仪器，如Autosorb或ChemStar[19]来实现。

结束语 

目前，石墨烯和石墨烯相关材料处于材料科学研究与技术的前沿。对它们的结构特点的精确评估是优化其性能的重要的一步。影响几乎所有石墨烯材料的应用的特定属性，包括它们的比比表面积、孔径分布、密度和反应活性。石墨烯比表面积可因它们的堆积程度、褶皱作用、支撑，以及它们的杂原子和缺陷成分呈现数量级的变化。空洞和微介孔可能存在于石墨烯材料内部及层间。尽管通过气体膨胀法测量的大部分游离的石墨烯密度往往低于晶体密度，其部分原因是这些材料中存在一些封闭的孔道。石墨烯反应活性与反应位点的性质和浓度有关，这可以使用现代化学吸附作用和温度程序设计技术进行量化。为充分利用和扩大石墨烯材料的应用范围，尚有很多方面需要研究。上述技术提供了有用的、精确的工具，让用户对石墨烯材料的理解水平日益增加，不断突破其应用边界。