科學(xué)家發(fā)現(xiàn)質(zhì)子可輕易穿透石墨烯片層
2004年，英國(guó)曼徹斯特大學(xué)安德烈·海姆領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)首次成功分離出穩(wěn)定的石墨烯，它只有一個(gè)原子厚，其屏障性能良好。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(shí)間，因此被廣泛用于防腐涂料和防滲透包裝。中國(guó)科技大學(xué)吳恒安等人與海姆團(tuán)隊(duì)合作，進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)，看石墨烯是否能同樣隔絕質(zhì)子。和之前預(yù)測(cè)相反，他們發(fā)現(xiàn)質(zhì)子輕易就穿透了石墨烯片層，且在高溫和像鉑這樣的催化納米粒子的幫助下，“通行”會(huì)更順暢。
這一發(fā)現(xiàn)，讓石墨烯和與它相近的材料氮化硼成了制作質(zhì)子膜的理想材料，質(zhì)子膜是現(xiàn)代燃料電池技術(shù)的核心。燃料電池將氧氣和氫氣作為燃料，把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，如果沒有隔絕其他物體而只傳導(dǎo)質(zhì)子的薄膜，這一技術(shù)就無法實(shí)現(xiàn)。盡管概念已經(jīng)并不新鮮，但燃料電池技術(shù)還需要進(jìn)一步發(fā)展才能使其得到更廣泛應(yīng)用。目前面臨的一個(gè)主要瓶頸就是，現(xiàn)有質(zhì)子膜存在燃料滲透問題，這會(huì)降低燃料電池發(fā)電效率和使用的持久性。
新研究表明，使用石墨烯或單層氮化硼能讓現(xiàn)有的質(zhì)子膜更輕薄、更高效，而且燃料滲透少，毒性低——這能大大增強(qiáng)燃料電池的競(jìng)爭(zhēng)力。該研究還證明，他們能用這一個(gè)原子厚的薄膜從潮濕空氣中提取氫，如此一來，就能制作一種以空氣中提取的氫為燃料的移動(dòng)發(fā)電機(jī)。科研人員馬薩羅·洛薩達(dá)-伊達(dá)爾戈表示，目前使用的是小型薄膜來做實(shí)驗(yàn)，因此得到的氫氣自然也不會(huì)很多。但這只是發(fā)現(xiàn)的第一步，而真要造出和試驗(yàn)這樣的氫氣收集器，還任重道遠(yuǎn)。
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