科學家發現質子可輕易穿透石墨烯片層

2004年，英國曼徹斯特大學安德烈·海姆領導的團隊首次成功分離出穩定的石墨烯，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子。和之前預測相反，他們發現質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。

這一發現，讓石墨烯和與它相近的材料氮化硼成了制作質子膜的理想材料，質子膜是現代燃料電池技術的核心。燃料電池將氧氣和氫氣作為燃料，把化學能轉化為電能，如果沒有隔絕其他物體而只傳導質子的薄膜，這一技術就無法實現。盡管概念已經并不新鮮，但燃料電池技術還需要進一步發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，現有質子膜存在燃料滲透問題，這會降低燃料電池發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有的質子膜更輕薄、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電機。科研人員馬薩羅·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。但這只是發現的第一步，而真要造出和試驗這樣的氫氣收集器，還任重道遠。