曼彻斯特大学与华威大学的研究团队终于破解了一个长期困扰科学界的难题：为何石墨烯对质子的渗透性远超理论预期。
十年前，曼彻斯特大学的科学家们发现石墨烯能够穿透质子和氢原子核，这一意外发现引发了学术界的广泛讨论，因为理论上认为质子穿过石墨烯的致密晶体结构需要数十亿年的时间。因此，科学家们提出质子并非通过晶格本身渗透，而是通过其结构中的微小孔洞。
如今，华威大学的Patrick Unwin教授与曼彻斯特大学的Marcelo Lozada-Hidalgo博士和Andre Geim教授在《自然》杂志上联合发表了研究成果，展示了质子在石墨烯中的超高空间分辨率传输测量，证实了完美的石墨烯晶体是可渗透的。令人惊讶的是，质子在晶体中纳米级的皱纹和波纹附近被显著加速。
这一发现可能会推动氢经济的发展。当前用于氢气生产和利用的昂贵催化剂和膜，往往会造成显著的环境影响，而更可持续的二维晶体有望替代它们，从而减少碳排放，并通过生成绿色氢实现净零排放。
研究团队采用了一种称为扫描电化学细胞显微镜（SECCM）的技术，测量从纳米级区域收集的微小质子电流。这使得研究人员能够可视化质子电流在石墨烯膜中的空间分布。如果质子如某些科学家所推测的那样通过孔洞传输，那么电流将集中在几个孤立的点上。然而，研究未发现这样的孤立点，排除了石墨烯膜上存在孔的可能性。
论文的主要作者Segun Wahab博士和Enrico Daviddi博士表示：“我们惊讶地发现石墨烯晶体中完全没有缺陷。我们的研究结果为石墨烯本质上可穿透质子提供了微观证据。”
意外的是，质子电流在晶体中纳米级皱纹附近被加速。科学家们发现，这一现象是由于褶皱有效地“拉伸”了石墨烯晶格，为质子通过原始晶格提供了更大的空间。这一观察结果使实验与理论达成一致。
洛萨达-伊达尔戈博士表示：“我们正在有效地拉伸一个原子尺度的网格，并在这个网格中观察到通过拉伸的原子间空间的更高电流——这真是令人难以置信。”
Unwin教授指出：“这些结果表明，SECCM是一种强大的技术，能够为电化学界面的微观洞察提供支持，为设计下一代膜和质子分离器开辟了令人兴奋的可能性。”
作者们对这一发现可能带来的新氢基技术感到兴奋。
Lozada-Hidalgo博士表示：“利用二维晶体中波纹和皱纹的催化活性是加速离子传输和化学反应的一种全新方法。这可能会促进氢相关技术的低成本催化剂的发展。”
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希望本篇文章《石墨烯的发现助力氢气生产更经济、环保》能对你有所帮助！
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