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石墨烯对质子“网开一面”大方放行

来源: 科技日报  作者: 张盖伦   2014-11-28 15:03  编辑: 郑唯


石墨烯对质子“网开一面”大方放行
将给燃料电池和其他氢动力技术带来革命性改变

  科技日报讯石墨烯能够隔绝所有气体和液体。但中英两国科研人员联合研究发现,它对质子却“网开一面”,大方放行。这一发现或将给燃料电池和其他氢动力技术带来革命性改变,也使制出以空气为动力的发电机成为可能。相关论文发表在《自然》杂志上。

  2004年,英国曼彻斯特大学安德烈·海姆爵士领导的团队首次成功分离出稳定的石墨烯,它只有一个原子厚,其屏障性能良好,被广泛用于防腐涂料和防渗透包装。它的阻隔性能好到什么地步呢?如果要让所有原子中体积最小的氢原子穿过薄薄的单层石墨烯,要耗掉宇宙“一生”的时间。

  中国科技大学吴恒安等人与海姆团队合作,进行了一系列实验,看石墨烯是否同样隔绝质子。据物理学家组织网11月26日报道,和之前悲观的预测相反,他们发现质子轻易就穿透了石墨烯片层,且在高温和像铂这样的催化纳米粒子的帮助下,“通行”会更顺畅。

  这一发现,让石墨烯和与它相近的材料氮化硼成了制作质子膜的理想材料,质子膜是现代燃料电池技术的核心。燃料电池将氧气和氢气作为燃料,把化学能转化为电能,如果没有隔绝其他物体而只传导质子的薄膜,这一技术就无法实现。

  尽管概念已经并不新鲜,但燃料电池技术还需要进一步发展才能使其得到更广泛应用。目前面临的一个主要瓶颈就是,现有质子膜存在燃料渗透问题,这会降低燃料电池发电效率和使用的持久性。

  这次的新研究表明,使用石墨烯或单层氮化硼能让现有的质子膜更轻薄、更高效,而且燃料渗透少,毒性低——这能大大增强燃料电池的竞争力。

  该研究还证明,他们能用这一个原子厚的薄膜从潮湿空气中提取氢,如此一来,他们就能制作一种以空气中提取的氢为燃料的移动发电机。

  该论文作者、在读博士马萨罗·洛萨达-伊达尔戈说:“我们用小型薄膜来做实验,因此得到的氢气自然也不会很多。但这只是发现的第一步,该论文也是想让相关专家意识到它的应用前景。而真要造出和试验这样的氢气收集器,还任重道远。”

  博士后胡胜(音译)补充道:“因为目前人们已有能力生产几平方米大小的石墨烯片层,我们希望能尽早找到途径将这种方法用于商业化电池燃料。”(张盖伦)


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