科學網—石墨烯類膜材料新特性獲揭示

2020-12-03 科學網

 

本報訊（通訊員劉愛華）日前，中國科學技術大學教授吳恆安、特任副研究員王奉超，與諾貝爾物理獎得主、英國曼徹斯特大學安德烈·海姆教授課題組及荷蘭內梅亨大學研究人員合作，在石墨烯類膜材料輸運特性研究方面取得突破性進展，發現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「質子傳導膜」。11月26日，《自然》雜誌在線發表了這一研究成果。

燃料電池是將燃料具有的化學能直接變為電能的發電裝置。與其他電池相比，燃料電池具有能量轉化效率高、無需耗費充能時間、零排放無環境汙染等諸多優點。然而，燃料電池中的核心部件「質子傳導膜」存在燃料滲透等難題，極大地限制了燃料電池的大規模應用。

吳恆安介紹，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狀結構。該研究表明，質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質子穿越的過程。

據悉，該論文發表後，《自然》網站以首頁頭條形式第一時間進行了報導，同期的《自然》「新聞視點」欄目也對該成果進行了重點評論和展望。麻省理工學院的卡尼克（Karnik）教授在評論中指出，質子傳導膜是質子交換膜燃料電池的核心所在，該項研究取得的突破性進展在理論上已經達到美國能源部設定的2020年質子交換膜輸運性能目標。

「該發現有望為燃料電池和氫相關技術領域帶來革命性變化。」王奉超介紹說，該研究不僅為人類認知石墨烯及氮化硼的材料特性帶來了全新發現，而且將二維納米材料和氫相關技術這兩大熱點領域緊密地聯繫了起來。

《中國科學報》 (2014-12-01 第1版 要聞)

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