Protoner giver næring til grafenudsigterne

grafen, uigennemtrængelig for alle gasser og væsker, kan nemt tillade protoner at passere gennem det, Det har forskere fra University of Manchester fundet.

Udgivet i tidsskriftet Natur , opdagelsen kan revolutionere brændselsceller og andre brint-baserede teknologier, da de kræver en barriere, der kun tillader protoner - brintatomer strippet fra deres elektroner - at passere igennem.

Ud over, grafenmembraner kunne bruges til at sigte brintgas ud af atmosfæren, hvor det er til stede i små mængder, skabe mulighed for elektriske generatorer drevet af luft.

Et-atom tykt materiale grafen, først isoleret og udforsket i 2004 af et team på University of Manchester, er kendt for sine barriereegenskaber, som har en række anvendelser i applikationer som korrosionsbestandige belægninger og uigennemtrængelig emballage.

For eksempel, det ville tage universets levetid for brint, det mindste af alle atomer, at gennembore et grafen monolag.

Nu testede en gruppe ledet af Sir Andre Geim, om protoner også frastødes af grafen. De forventede fuldt ud, at protoner ville blive blokeret, som eksisterende teori forudsagde lige så lidt protonpermeation som for brint.

På trods af den pessimistiske prognose, forskerne fandt, at protoner passerer gennem de ultratynde krystaller overraskende let, især ved forhøjede temperaturer, og hvis filmene var dækket med katalytiske nanopartikler såsom platin.

Opdagelsen laver monolag af grafen, og dets søstermateriale bornitrid, attraktive til mulige anvendelser som protonledende membraner, som er kernen i moderne brændselscelleteknologi. Brændselsceller bruger ilt og brint som brændstof og omdanner den tilførte kemiske energi direkte til elektricitet. Uden membraner, der tillader en eksklusiv strøm af protoner, men forhindrer andre arter i at passere igennem, denne teknologi ville ikke eksistere.

På trods af at være veletableret, brændselscelleteknologi kræver yderligere forbedringer for at gøre den mere udbredt. Et af de største problemer er en brændstofovergang gennem de eksisterende protonmembraner, hvilket reducerer deres effektivitet og holdbarhed.

University of Manchester forskning tyder på, at brugen af ​​grafen eller monolag bornitrid kan tillade de eksisterende membraner at blive tyndere og mere effektive, med mindre brændstofovergang og forgiftning. Dette kan øge konkurrenceevnen for brændselsceller.

Manchester-gruppen demonstrerede også, at deres et-atom-tykke membraner kan bruges til at udvinde brint fra en fugtig atmosfære. De antager, at en sådan høst kan kombineres med brændselsceller for at skabe en mobil elektrisk generator, der blot drives af brint i luften.

Marcelo Lozada-Hidalgo, en ph.d.-studerende og tilsvarende forfatter til dette papir, sagde:"Når du ved, hvordan det skal fungere, det er en meget enkel opsætning. Du lægger en brintholdig gas på den ene side, påfør lille elektrisk strøm og opsaml ren brint på den anden side. Denne brint kan derefter brændes i en brændselscelle.

"Vi arbejdede med små membraner, og den opnåede strøm af brint er naturligvis lille indtil videre. Men dette er den indledende fase af opdagelsen, og papiret skal gøre eksperter opmærksomme på de eksisterende udsigter. At bygge op og teste brinthøstere vil kræve meget yderligere indsats."

Dr Sheng Hu, en postdoc-forsker og den første forfatter i dette arbejde, tilføjede:"Det ser ekstremt simpelt ud og lige så lovende. Fordi grafen kan fremstilles i disse dage i kvadratmeter ark, vi håber, at den vil finde vej til kommercielle brændselsceller før end siden."