科学前瞻：石墨烯让空气发电技术成为现实

导读： 近来，英国曼彻斯特大学在《自然杂志》上发布了一项***新研究，石墨烯薄膜可以用来提取大气中的氢气，将其应用到燃料电池领域会为空气发电技术带来可能。科学界表示这是电池技术******具革命性的进步。

　　150多年前，自铅酸电池问世以来，关于革新电池技术的大胆观点就一直存在。近来，英国曼彻斯特大学在《自然杂志》上发布了一项***新研究，石墨烯薄膜可以用来提取大气中的氢气，将其应用到燃料电池领域会为空气发电技术带来可能。科学界表示这是电池技术******具革命性的进步。“这项研究操作起来非常简单，并且很有发展前景。”该项目的一位博士后研究者Sheng Hu***说，“如今石墨烯已可以生产成一平方米的薄片，它在商用燃料电池上的应用宜早不宜迟。”

科研人员使用电子束***机分离石墨烯

　　2004年在曼彻斯特大学的实验室里，Andrew Geim和Kostya Novoselov***的科研团队成功从石墨中分离出石墨烯，证明石墨烯是可以单独存在的，两人也因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。自那时起，石墨烯就一直被视为科技领域的扭转乾坤者。

石墨烯与铅笔中的石墨拥有相同的分子结构

　　该项研究的核心就在于石墨烯***的物理特性，它与普通铅笔中的石墨拥有同样的原子结构。作为目前科学界发现的***个二维晶体，石墨烯是***轻薄且***坚硬的物质，它只有一个碳原子的厚度，比人类的头发还要细100万倍。它比钻石坚硬，断裂强度是钢材的200倍。同时它的弹性和延展性也十分出彩，拉伸幅度能达到自身尺寸的20%，石墨烯几乎是透明的，具有优于铜的超导电性。石墨烯的物理属性在各方面都具有开拓性，它注定掀起一场技术革命，从智能手机、可穿戴技术到绿色技术、***方面，无所不包。

一个二氧化N分子被隔在单层石墨烯的外部。石墨烯的高阻隔性是得到公认的

　　素以高阻隔性着称石墨烯膜一直被认为能够隔绝任何分子和原子，曼彻斯特大学的研究者们发现石墨烯却对质子“网开一面”，质子能轻易地穿过这个超薄晶体，若是在持续升高的温度和使用铂基催化剂的情况下，效果更佳。这一特性石墨烯可能成为燃料电池的质子传导膜的新型理想材料。目前***为普遍的燃料电池以氧和氢作为燃料，将输入的化学能转直接为电能。质子传导膜是现代燃料电池的核心技术，然而当前应用于燃料电池的质子传导膜效率相对较低，且易发生燃料渗透，导致污染。“当你了解石墨烯膜的工作原理后，其实设置非常简单，只要在含有氢气的环境中，释放小电流收集纯氢，然后收集到的氢就在燃料电池中燃烧发电了。”Sheng Hu***说。

一个正在收集氢气的石墨烯晶体的分子结构，每个（蓝色的）碳原子都依附着（红色的）氢原子

　　石墨烯质子传导膜只有质子才能穿过，因此能够***地收集到大气中的氢气，且纯度非常高，显着提高发电效率与耐用度。如今的燃料电池所使用的燃料氢气都是从化石燃料中获得的，而采用石墨烯的燃料电池只需要以空气中氢气为原料，建造出可移动的零污染空气发电机离我们并不遥远。目前科学家们只使用小型石墨烯膜做研究，因此成功流入的氢气还很微量。这项研究尚处于起步阶段，它使得科学界了解到石墨烯膜的现有前景，而建造出实际应用的氢收集机器还需要进一步的努力。

研究员Rahul R.Nair***展示他的研究样本，一个一微米厚的石墨烯氧化膜

　　除了能够使空气发电技术成为现实，石墨烯还有其他的新用途。石墨烯优良的弹性和延展性使它成为制造太阳能电池***理想的候选者。西班牙的一家光子科学研究所的***新研究表明，相比于硅，石墨烯能够更***地进行光电转化。硅每吸收一个光子只能产生一个电流电子，而石墨烯能产生多个电子。

放大了的表面被钻了孔的单层石墨烯的研究样本，肉眼可见光穿过薄膜

　　尽管目前石墨烯应用于太阳能电池领域尚处于理论阶段，但它潜在的可能性是惊人的。石墨烯太阳能电池能实现60%的光电转换率，是目前公认效率***大的晶体硅太阳能电池的两倍。石墨烯轻薄而坚硬的属性可以为汽车、飞机生产商提供更优质的生产材料，石墨烯制成的运输工具将大大减低燃油消耗；研究表明石墨烯可以将***传送到***的特***置，在***脑部***方面大有可为；石墨烯薄膜还可以用来过滤海水，提取其中的盐分和其他杂质，净化出可饮用水。