分离过程对于水净化、污染物去除和热泵（占全球能源消耗的10-15%）过程中目标分子的纯化和浓缩至关重要。为了使分离过程更加节能，有必要改进多孔材料的设计——可以大幅降低能源成本约40-70%。提高分离性能的主要途径是精确控制孔隙结构。

      在这方面，多孔碳材料具有明显的优势，因为它们仅由一种类型的原子组成，并且已广泛用于分离过程。它们具有较大的孔体积和表面积，在气体分离、水净化和储存方面提供高性能。然而，孔隙结构通常具有较高的非均质性和较低的可设计性，限制了碳材料在分离和储存中的适用性。

近日，由千叶大学 Tomonori Ohba 副教授领导的日本研究小组通过自下而上的处理方法制备了富勒烯支撑的多孔石墨烯，并通过实验和巨正则蒙特卡洛模拟展示了其对水蒸气的吸附性能。4% 富勒烯的富勒烯支撑多孔石墨烯略微吸附水蒸气，而高度层状的5% 富勒烯支撑多孔石墨烯由于纳米孔塌陷导致吸附量减少。富勒烯支撑的多孔石墨烯中，富勒烯含量为25±8% 时在40% 相对湿度下具有最大的水蒸气吸附容量。相反，富勒烯含量为50% 的多孔石墨烯显示出减少的水蒸气吸附量，与模拟结果一致，即不足的纳米空间阻碍过多富勒烯分子的水团簇形成。因此，最佳候选材料是富勒烯填充比为25±8%的富勒烯支撑的多孔石墨烯，具有高吸附容量和均匀的纳米孔结构。相关研究以“Fabrication of Fullerene-Pillared Porous Graphene and Its Water Vapor Adsorption”为题发表在《The Journal of Physical Chemistry C》上。

FPPG制备前准备

研究人员通过在石墨烯中添加富勒烯溶液，以富勒烯-石墨烯-富勒烯三明治结构的形式制备了FPPG。他们轻轻地涂覆了富勒烯-石墨烯组合物并将其层压 1-10 次。其合成中的新颖调节能力使得能够精确控制多孔石墨烯中富勒烯的填充。在开发出具有不同富勒烯填充比例的FPPG结构后，研究人员采用实验技术和大正则蒙特卡罗模拟来研究其水蒸气吸附特性。他们发现4%富勒烯填充的石墨烯仅轻微吸附水蒸气。

        在这项工作中，研究人员使用石墨烯和富勒烯制备了多孔碳材料，富勒烯填充比为25±8%的FPPG具有相对均匀且较大的纳米孔，具有最佳的水蒸气吸附能力。石墨烯和富勒烯适合作为自下而上合成新型多孔碳材料（如FPPG）的构建单元。未来可以进一步改进FPPG的制备和功能化，以获得新的吸附特性。

水在P/P0 = 0.22、0.31、0.43、0.51、0.61、0.72条件下，对富勒烯分子数量吸附量变化关系

此外，据Ohba博士称，自下而上的技术以及 FPPG 的可设计和可控的孔隙结构，可以促进更多此类新型材料的开发，从而显著提高气体和液体净化和浓缩过程的性能，还将大大降低通过分离工艺制造的众多产品的成本。总之，新型多孔碳（例如 FPPG）可能会彻底改变存储和净化应用，使其更加节能且更具成本效益。