质子“穿行”石墨烯 空气动力发电成为可能

科学家发现质子可轻易穿透石墨烯片层

2004年，英国曼彻斯特大学安德烈·海姆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。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，因此被广泛用于防腐涂料和防渗透包装。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，看石墨烯是否能同样隔绝质子。和之前预测相反，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。

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，就能制作一种以空气中提取的氢为燃料的移动发电机。科研人员马萨罗·洛萨达-伊达尔戈表示，目前使用的是小型薄膜来做实验，因此得到的氢气自然也不会很多。但这只是发现的第一步，而真要造出和试验这样的氢气收集器，还任重道远。