以9,9-双(4-氨基苯基芴)(FDA)、9,9-双(3-氨基-4-羟基苯基)芴(BisA HPF)、六氟二酐(6FDA)为单体,二维片层氧化石墨烯(GO)纳米炭晶为孔尺度调节剂,采用原位合成法制备GO/聚酰亚胺聚合物,经制膜及高温炭化制备了石墨烯/聚酰亚胺气体分离炭膜。借助于FTIR、XPS、XRD、TGA、氮吸附及气体渗透等表征手段对GO及炭膜的结构与性能进行表征;探讨了GO添加量对石墨烯/聚酰亚胺炭膜的结构与性能的影响。结果表明,原位引入片状GO纳米炭晶,在改善了聚合物膜热稳定性的同时,显著提高了石墨烯/聚酰亚胺炭膜的总孔体积,特别是尺度小于0.6 nm的极微孔孔体积与数量;使石墨烯/聚酰亚胺炭膜在保持高气体渗透性条件下,明显地提高气体分离选择性;增加GO添加量,可进一步提升石墨烯/聚酰亚胺炭膜的气体分离选择性。当GO添加量为0.5 wt.%时,石墨烯/聚酰亚胺炭膜的CO_2渗透系数为8 760 Barrer,比纯炭膜仅降低了6%; CO_2/N_2、CO_2/CH_4分离选择性分别为52、53,分别提高32%、39%。