石墨烯能夠隔絕所有氣體和液體，但中英兩國科研人員聯(lián)合研究發(fā)現(xiàn)，它對質(zhì)子卻“網(wǎng)開一面”，大方放行。這一發(fā)現(xiàn)或?qū)⒔o燃料電池和其他氫動力技術(shù)帶來革命性改變，也使制造出以空氣為動力的發(fā)電機成為可能。

科學家發(fā)現(xiàn)質(zhì)子可輕易穿透石墨烯片層

2004年，英國曼徹斯特大學安德烈·海姆領(lǐng)導的團隊首次成功分離出穩(wěn)定的石墨烯，它只有一個原子厚，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”的時間，因此被廣泛用于防腐涂料和防滲透包裝。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，看石墨烯是否能同樣隔絕質(zhì)子。和之前預測相反，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，把化學能轉(zhuǎn)化為電能，如果沒有隔絕其他物體而只傳導質(zhì)子的薄膜，這一技術(shù)就無法實現(xiàn)。盡管概念已經(jīng)并不新鮮，但燃料電池技術(shù)還需要進一步發(fā)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(xiàn)有質(zhì)子膜存在燃料滲透問題，這會降低燃料電池發(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，就能制作一種以空氣中提取的氫為燃料的移動發(fā)電機?？蒲腥藛T馬薩羅·洛薩達-伊達爾戈表示，目前使用的是小型薄膜來做實驗，因此得到的氫氣自然也不會很多。但這只是發(fā)現(xiàn)的第一步，而真要造出和試驗這樣的氫氣收集器，還任重道遠。