石墨烯對質子“網開一面”大方放行

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石墨烯對質子“網開一面”大方放行
將給燃料電池和其他氫動力技術帶來革命性改變
   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》雜志上。
   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,被廣泛用于防腐涂料和防滲透包裝。它的阻隔性能好到什么地步呢?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納米粒子的幫助下,“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制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。
   盡管概念已經并不新鮮,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,他們就能制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-伊達爾戈說:“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。”
   博士后胡勝(音譯)補充道:“因為目前人們已有能力生產幾平方米大小的石墨烯片層,我們希望能盡早找到途徑將這種方法用于商業化電池燃料。”

(來源:科技日報)



中科院物理所 2015-08-23 08:42:31

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