一項(xiàng)由中外科學(xué)家聯(lián)合完成的新成果登上27日“自然”網(wǎng)站的首頁(yè)頭條：石墨烯、氮化硼等二維納米材料具有只容質(zhì)子穿透的特性，因而有望取代制作燃料電池的核心部件“質(zhì)子傳導(dǎo)膜”的現(xiàn)有材料，催生燃料電池的革命性進(jìn)步。
該成果有中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)吳恒安教授、王奉超特任副研究員與諾貝爾物理獎(jiǎng)得主、英國(guó)曼徹斯特大學(xué)安德烈.海姆教授課題組及荷蘭內(nèi)梅亨大學(xué)研究人員合作完成，相關(guān)論文于11月26日在國(guó)際頂尖學(xué)術(shù)期刊《自然》在線發(fā)表。
燃料電池是將燃料具有的化學(xué)能直接變?yōu)殡娔艿陌l(fā)電裝置，具有能量轉(zhuǎn)化效率高、無(wú)需耗費(fèi)充能時(shí)間、零排放無(wú)污染等諸多優(yōu)點(diǎn)。從智能手機(jī)到航空航天、國(guó)防，燃料電池都可大顯身手，應(yīng)用前景非常廣闊。然而，燃料電池中的核心部件“質(zhì)子傳導(dǎo)膜”存在的燃料滲透等缺陷，使其大規(guī)模應(yīng)用受到很大限制。
據(jù)該論文共同通訊作者吳恒安教授介紹，石墨烯是一種由碳原子按照六角蜂巢晶格排列而成的單層網(wǎng)狀二維材料，二維氮化硼納米材料也具有跟石墨烯相似的六角網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，任何氣體分子或流體分子，哪怕是最小的氫原子，都無(wú)法穿透不含缺陷的完美石墨烯片層。他們的研究則表明，質(zhì)子可以較為容易地穿越石墨烯和氮化硼等二維材料；如果升高溫度或加入催化劑，穿透過(guò)程會(huì)明顯加快。而且，除了質(zhì)子，其他物質(zhì)都不能穿越石墨烯和氮化硼等二維材料。
據(jù)王奉超特任副研究員介紹，基于此項(xiàng)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(zhì)子傳導(dǎo)膜”，這將使燃料電池更高效、更安全、更環(huán)保、更輕薄，其應(yīng)用領(lǐng)域會(huì)極大拓展、應(yīng)用步伐會(huì)明顯加快。同時(shí)，該成果也將極大促進(jìn)氫相關(guān)技術(shù)的研究。
據(jù)悉，該論文發(fā)表后，“自然“網(wǎng)站以首頁(yè)頭條形式第一時(shí)間進(jìn)行了報(bào)道，同期的“自然新聞視點(diǎn)”欄目也對(duì)該成果進(jìn)行了重點(diǎn)評(píng)論和展望。麻省理工學(xué)院的Karnik教授在評(píng)論中指出，質(zhì)子傳導(dǎo)膜是燃料電池的核心所在，本項(xiàng)研究取得的突破性進(jìn)展在理論上已經(jīng)達(dá)到美國(guó)能源部設(shè)定的2020年質(zhì)子傳導(dǎo)膜輸運(yùn)性能目標(biāo)。
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