石墨烯海綿是石墨烯薄片通過分子間作用力或化學(xué)鍵相互作用交聯(lián)得到的一種三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，由于其具有較多的孔徑分布，比表面積大，極大的提高了石墨烯的吸附性能。該材料可通過模型得到各種形狀，使用和運(yùn)輸都很方便。

石墨烯海綿是呈海綿狀的石墨烯三維結(jié)構(gòu)。海綿結(jié)構(gòu)允許污染物在它的孔狀間隙中擴(kuò)散。海綿狀的結(jié)構(gòu)也比單分散的片層容易處理和使用。因此，石墨烯海綿已經(jīng)成為極具實(shí)用前景的石墨烯吸附材料。制備石墨烯海綿的關(guān)鍵在于保持石墨烯的多孔結(jié)構(gòu)。冷凍干燥能在干燥過程中很好的保持氧化石墨烯的孔狀結(jié)構(gòu)。在制備石墨烯海綿時(shí)，冷凍干燥也是干燥樣品的最佳選擇。石墨烯海綿也可以在水熱法還原氧化石墨烯的過程中得到。與氧化石墨烯海綿類似，石墨烯海綿的孔狀結(jié)構(gòu)只有在冷凍干燥法中才能得到保持。直接干燥石墨烯海綿會(huì)導(dǎo)致其孔狀結(jié)構(gòu)坍塌。通過水熱反應(yīng)還原氧化石墨烯得到石墨烯海綿。

石墨烯和碳管制備的海綿，碳管能分散在氧化石墨烯懸浮液中，并與氧化石墨烯一起被維他命C還原，變成CNTs/RGO懸浮液，懸浮液在超臨界CO2環(huán)境下干燥成為海綿。除還原法，石墨烯海綿還可以由小分子直接制備得到，如在220 ℃下用乙醇與溶劑熱反應(yīng)72 h來制備了具有3D結(jié)構(gòu)的石墨烯吸附劑。

海綿狀石墨烯具有疏松多孔的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，使得其在超級(jí)電容器、儲(chǔ)氫材料、傳感器、吸附材料等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。如利用硫脲和氧化石墨反應(yīng)得到的石墨烯海綿對(duì)亞甲基藍(lán)和柴油的吸附量分別為184 mg/g和129 mg/g，且經(jīng)過簡(jiǎn)單的處理多次利用而不會(huì)造成石墨烯海綿結(jié)構(gòu)的破壞和吸附能力的下降。另外對(duì)環(huán)境中放射元素鈾的吸附能力較強(qiáng)，吸附容量可達(dá)96 mg/g。