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石墨烯类膜材料新特性获揭示

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石墨烯类膜材料新特性获揭示

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石墨烯类膜材料新特性获揭示

日前,中国科学技术大学教授吴恒安、特任副研究员王奉超,与诺贝尔物理奖得主、英国曼彻斯特大学安德烈海姆教授课题组及荷兰内梅亨大学研究人员合作,在石墨烯类膜材料输运特性研究方面取得突破性进展,发现石墨烯以及氮化硼等具有单原子层厚度的二维纳米材料可以作为良好的质子传导膜。11月26日,《自然》杂志在线发表了这一研究成果。

燃料电池是将燃料具有的化学能直接变为电能的发电装置。与其他电池相比,燃料电池具有能量转化效率高、无需耗费充能时间、零排放无环境污染等诸多优点。然而,燃料电池中的核心部件质子传导膜存在燃料渗透等难题,极大地限制了燃料电池的大规模应用。

吴恒安介绍,石墨烯是一种由碳原子按照六角蜂巢晶格排列而成的单层网状二维材料,二维氮化硼纳米材料也具有跟石墨烯相似的六角网状结构。该研究表明,质子可以较为容易地穿越石墨烯和氮化硼等二维材料,从而解决了燃料渗透的问题。而且,升高温度或加入催化剂可显著促进质子穿越的过程。

据悉,该论文发表后,《自然》网站以首页头条形式第一时间进行了报道,同期的《自然》新闻视点栏目也对该成果进行了重点评论和展望。麻省理工学院的卡尼克教授在评论中指出,质子传导膜是质子交换膜燃料电池的核心所在,该项研究取得的突破性进展在理论上已经达到美国能源部设定的2020年质子交换膜输运性能目标。

该发现有望为燃料电池和氢相关技术领域带来革命性变化。王奉超介绍说,该研究不仅为人类认知石墨烯及氮化硼的材料特性带来了全新发现,而且将二维纳米材料和氢相关技术这两大热点领域紧密地联系了起来。

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