石墨烯是可作分离膜的最薄材料，完整的石墨烯对于所有分子具有不可渗透性，而将石墨烯纳米片进行面面堆叠所形成的宏观膜可以利用片与片之间的纳米通道进行物质分离。另一方面，基于分子筛分效应引入纳米孔或人工设计褶皱得到石墨烯材料可作为高效分离膜。石墨烯基分离膜不仅可用于气体分离、CO2捕集，而且在海水淡化、同位素分离等新兴领域具有广阔应用前景。
