石墨烯對質子“網開一面”大方放行
- 發佈時間：2014-11-28 00:51:24 來源：科技日報 責任編輯：羅伯特
科技日報訊 石墨烯能夠隔絕所有氣體和液體。但中英兩國科研人員聯合研究發現，它對質子卻“網開一面”，大方放行。這一發現或將給燃料電池和其他氫動力技術帶來革命性改變，也使制出以空氣為動力的發電機成為可能。相關論文發表在《自然》雜誌上。
2004年，英國曼徹斯特大學安德烈·海姆爵士領導的團隊首次成功分離出穩定的石墨烯，它只有一個原子厚，其屏障性能良好，被廣泛用於防腐塗料和防滲透包裝。它的阻隔性能好到什麼地步呢？如果要讓所有原子中體積最小的氫原子穿過薄薄的單層石墨烯，要耗掉宇宙“一生”的時間。
中國科技大學吳恒安等人與海姆團隊合作，進行了一系列實驗，看石墨烯是否同樣隔絕質子。據物理學家組織網11月26日報道，和之前悲觀的預測相反，他們發現質子輕易就穿透了石墨烯片層，且在高溫和像鉑這樣的催化奈米粒子的幫助下，“通行”會更順暢。
這一發現，讓石墨烯和與它相近的材料氮化硼成了製作質子膜的理想材料，質子膜是現代燃料電池技術的核心。燃料電池將氧氣和氫氣作為燃料，把化學能轉化為電能，如果沒有隔絕其他物體而只傳導質子的薄膜，這一技術就無法實現。
儘管概念已經並不新鮮，但燃料電池技術還需要進一步發展才能使其得到更廣泛應用。目前面臨的一個主要瓶頸就是，現有質子膜存在燃料滲透問題，這會降低燃料電池發電效率和使用的持久性。
這次的新研究表明，使用石墨烯或單層氮化硼能讓現有的質子膜更輕薄、更高效，而且燃料滲透少，毒性低——這能大大增強燃料電池的競爭力。
該研究還證明，他們能用這一個原子厚的薄膜從潮濕空氣中提取氫，如此一來，他們就能製作一種以空氣中提取的氫為燃料的移動發電機。
該論文作者、在讀博士馬薩羅·洛薩達-伊達爾戈説：“我們用小型薄膜來做實驗，因此得到的氫氣自然也不會很多。但這只是發現的第一步，該論文也是想讓相關專家意識到它的應用前景。而真要造出和試驗這樣的氫氣收集器，還任重道遠。”
博士後胡勝（音譯）補充道：“因為目前人們已有能力生産幾平方米大小的石墨烯片層，我們希望能儘早找到途徑將這種方法用於商業化電池燃料。”
（張蓋倫）
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