石墨烯是可作分離膜的最薄材料，完整的石墨烯對于所有分子具有不可滲透性，而將石墨烯納米片進行面面堆疊所形成的宏觀膜可以利用片與片之間的納米通道進行物質分離。另一方面，基于分子篩分效應引入納米孔或人工設計褶皺得到石墨烯材料可作為高效分離膜。石墨烯基分離膜不僅可用于氣體分離、CO2捕集，而且在海水淡化、同位素分離等新興領域具有廣闊應用前景。
