中外發現石墨烯類膜新特性 燃料電池有望更高效

一項由中外科學家聯合完成的新成果登上27日“自然”網站的首頁頭條：石墨烯、氮化硼等二維納米材料具有隻容質子穿透的特性，因而有望取代製作燃料電池的核心部件“質子傳導膜”的現有材料
，催生燃料電池的革命性進步。

該成果有中國科學技術大學吳恒安教授、王奉超特任副研究員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完成
，相關論文於11月26日在國際頂尖學術期刊《自然》在線發表。

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，具有能量轉化效率高
、無需耗費充能時間、零排放無汙染等諸多優點。從智能手機到航空航天
、國防
，燃料電池都可大顯身手，應用前景非常廣闊。然而，燃料電池中的核心部件“質子傳導膜”存在的燃料滲透等缺陷
，使其大規模應用受到很大限製。

據(ju)該(gai)論(lun)文(wen)共(gong)同(tong)通(tong)訊(xun)作(zuo)者(zhe)吳(wu)恒(heng)安(an)教(jiao)授(shou)介(jie)紹(shao)，石(shi)墨(mo)烯(xi)是(shi)一(yi)種(zhong)由(you)碳(tan)原(yuan)子(zi)按(an)照(zhao)六(liu)角(jiao)蜂(feng)巢(chao)晶(jing)格(ge)排(pai)列(lie)而(er)成(cheng)的(de)單(dan)層(ceng)網(wang)狀(zhuang)二(er)維(wei)材(cai)料(liao)，二(er)維(wei)氮(dan)化(hua)硼(peng)納(na)米(mi)材(cai)料(liao)也(ye)具(ju)有(you)跟(gen)石(shi)墨(mo)烯(xi)相(xiang)似(si)的(de)六(liu)角(jiao)網(wang)狀(zhuang)結(jie)構(gou)。傳(chuan)統(tong)觀(guan)點(dian)認(ren)為(wei)，任(ren)何(he)氣(qi)體(ti)分(fen)子(zi)或(huo)流(liu)體(ti)分(fen)子(zi)，哪(na)怕(pa)是(shi)最(zui)小(xiao)的(de)氫(qing)原(yuan)子(zi)，都(dou)無(wu)法(fa)穿(chuan)透(tou)不(bu)含(han)缺(que)陷(xian)的(de)完(wan)美(mei)石(shi)墨(mo)烯(xi)片(pian)層(ceng)。他(ta)們(men)的(de)研(yan)究(jiu)則(ze)表(biao)明(ming)，質(zhi)子(zi)可(ke)以(yi)較(jiao)為(wei)容(rong)易(yi)地(di)穿(chuan)越(yue)石(shi)墨(mo)烯(xi)和(he)氮(dan)化(hua)硼(peng)等(deng)二(er)維(wei)材(cai)料(liao)；如果升高溫度或加入催化劑，穿透過程會明顯加快。而且，除了質子，其他物質都不能穿越石墨烯和氮化硼等二維材料。

據王奉超特任副研究員介紹，基於此項研究成果
，可采用石墨烯和氮化硼等單原子層二維材料作為“質子傳導膜”
，這將使燃料電池更高效
、更安全、更環保
、更輕薄，其應用領域會極大拓展
、應用步伐會明顯加快。同時，該成果也將極大促進氫相關技術的研究。

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道
，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Karnik教授在評論中指出，質子傳導膜是燃料電池的核心所在，本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年質子傳導膜輸運性能目標。