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科技日報記者?張佳欣
根據(jù)23日《自然》雜志報道，英國曼徹斯特大學(xué)和華威大學(xué)的研究人員解開了一個長期存在的謎題：為什么質(zhì)子對石墨烯的滲透性比理論上預(yù)期的要高得多。
圖為石墨烯結(jié)構(gòu)。圖片來源：英國曼徹斯特大學(xué)
10年前，科學(xué)家證明，此前被認為“密不可透”的石墨烯材料可被質(zhì)子（氫原子核）穿過。這一出人意料的結(jié)果引發(fā)了一場爭論，因為理論預(yù)測，質(zhì)子需要數(shù)十億年的時間才能滲透到石墨烯的密集晶體結(jié)構(gòu)中。于是，科學(xué)家提出假設(shè)，即質(zhì)子不是通過晶格本身滲透，而是通過其結(jié)構(gòu)中的孔滲透的。
新研究得出了質(zhì)子滲透石墨烯的超高空間分辨率測量結(jié)果，并證明了完美的石墨烯晶體對質(zhì)子具有滲透性。出乎意料的是，質(zhì)子在晶體的納米級皺紋和漣漪周圍的滲透顯著加速。
團隊使用了掃描電化學(xué)細胞顯微鏡技術(shù)來測量從納米級區(qū)域收集的微小質(zhì)子電流，從而可視化穿過石墨烯薄膜的質(zhì)子電流的空間分布。如果像一些科學(xué)家推測的那樣，質(zhì)子通過孔傳輸，電流將集中在幾個單獨的地方。但他們沒有發(fā)現(xiàn)這種跡象，排除了石墨烯膜上孔的存在。
研究人員驚訝地發(fā)現(xiàn)，石墨烯晶體中完全沒有缺陷。其結(jié)果提供了微觀證據(jù)，證明石墨烯的晶格結(jié)構(gòu)本身就對質(zhì)子具有滲透性。而且，質(zhì)子流在晶體中納米級的皺紋周圍加速。之所以會出現(xiàn)這種情況，是因為褶皺有效地拉伸了石墨烯晶格，從而為質(zhì)子穿透原始晶格提供了更大的空間。這一觀察結(jié)果也使實驗和理論相一致。
這一發(fā)現(xiàn)有可能加速氫經(jīng)濟的發(fā)展。目前用于生成和利用氫氣的昂貴催化劑和膜，有時會有明顯的碳足跡。未來，它們可被更可持續(xù)的2D晶體取代，從而減少碳排放，并通過產(chǎn)生“綠色氫氣”為凈零排放作出貢獻。
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