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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。”

（来源：科技日报）

中科院物理所 2015-08-23 08:42:31