石墨烯類膜材料新特性獲揭示

     日前，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授吳恒安、特任副研究員王奉超，與諾貝爾物理獎(jiǎng)得主、英國曼徹斯特大學(xué)安德烈·海姆教授課題組及荷蘭內(nèi)梅亨大學(xué)研究人員合作，在石墨烯類膜材料輸運(yùn)特性研究方面取得突破性進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)石墨烯以及氮化硼等具有單原子層厚度的二維納米材料可以作為良好的“質(zhì)子傳導(dǎo)膜”。11月26日，《自然》雜志在線發(fā)表了這一研究成果。

      燃料電池是將燃料具有的化學(xué)能直接變?yōu)殡娔艿陌l(fā)電裝置。與其他電池相比，燃料電池具有能量轉(zhuǎn)化效率高、無需耗費(fèi)充能時(shí)間、*無環(huán)境污染等諸多優(yōu)點(diǎn)。然而，燃料電池中的核心部件“質(zhì)子傳導(dǎo)膜”存在燃料滲透等難題，極大地限制了燃料電池的大規(guī)模應(yīng)用。

      吳恒安介紹，石墨烯是一種由碳原子按照六角蜂巢晶格排列而成的單層網(wǎng)狀二維材料，二維氮化硼納米材料也具有跟石墨烯相似的六角網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。該研究表明，質(zhì)子可以較為容易地穿越石墨烯和氮化硼等二維材料，從而解決了燃料滲透的問題。而且，升高溫度或加入催化劑可顯著促進(jìn)質(zhì)子穿越的過程。

      據(jù)悉，該論文發(fā)表后，《自然》以首頁頭條形式*時(shí)間進(jìn)行了報(bào)道，同期的《自然》“新聞視點(diǎn)”欄目也對該成果進(jìn)行了重點(diǎn)評(píng)論和展望。麻省理工學(xué)院的卡尼克（Karnik）教授在評(píng)論中指出，質(zhì)子傳導(dǎo)膜是質(zhì)子交換膜燃料電池的核心所在，該項(xiàng)研究取得的突破性進(jìn)展在理論上已經(jīng)達(dá)到美國能源部設(shè)定的2020年質(zhì)子交換膜輸運(yùn)性能目標(biāo)。

      “該發(fā)現(xiàn)有望為燃料電池和氫相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域帶來革命性變化。”王奉超介紹說，該研究不僅為人類認(rèn)知石墨烯及氮化硼的材料特性帶來了全新發(fā)現(xiàn)，而且將二維納米材料和氫相關(guān)技術(shù)這兩大熱點(diǎn)領(lǐng)域緊密地了起來。

(來源：中國科學(xué)報(bào))