石墨烯在绿色燃料生产中的应用前景

在石墨烯中发现的一个意想不到的效果可以通过操控来设计能够直接收集太阳能来生产氢燃料的设备——这是一种很有前景的绿色替代能源。

来自曼彻斯特大学的研究人员证明了石墨烯薄膜在阳光照射下传导质子的速率增加。这种被称为“光-质子”效应的装置可以用来人工模拟光合作用。它还可以用于光诱导水分裂、光催化和制造新型高效光探测器。

在世界范围内，科学家们正在研究如何通过在植物中复制光合作用来直接利用太阳能生产可再生燃料。他们的人造“叶子”需要具有非常复杂性能的膜，包括质子-电子混合导电性、气体渗透性、机械稳定性和光学透明度。目前，质子和电子导电聚合物的混合物被用于制造这种结构，但它们需要一些重要的折衷，如果使用石墨烯，这些折衷是可以避免的。

石墨烯——一层只有一个原子厚度的碳——具有丰富的独特的物理和机械性能;它是电子的优良导体，能吸收所有波长的光。研究人员最近发现，它还可以渗透到热质子(氢原子的原子核)中，这意味着它可能在各种技术应用中用作质子导电膜。

为了研究光线如何影响穿透碳片的质子行为，研究人员制作了一面用铂纳米颗粒装饰的原始石墨烯膜。欧洲杯猜球平台由马塞洛·洛萨达-伊达尔戈博士和安德烈·海姆爵士教授领导的研究小组惊讶地发现，在阳光照射下，薄膜的质子导电性提高了10倍。

“到目前为止，最有趣的应用是在基于这些膜的人工光合系统中生产氢，”Lozada-Hidalgo说。

“这本质上是一个新的实验系统，在这个系统中，质子、电子和光子都聚集在一个原子薄的体积中，”因石墨烯的开创性研究而获得2010年诺贝尔物理学奖的海姆说。“我相信有很多新的物理学有待发掘，新的应用也会随之而来。”

研究人员表示，他们使用质谱和电测量相结合的方法测量了大约10的光响应度⁴A/W，这意味着大约5000个氢分子会对入射到薄膜上的每一个太阳光子或光粒子做出反应。与现有的光伏设备相比，这个数字是巨大的，在现有设备中，仅仅产生一个氢分子就需要数千个光子。

“我们知道石墨烯能吸收所有频率的光，而且它也能被质子所渗透，但我们没有理由指望这种材料吸收的光子能提高质子通过它的渗透速度。”Lozada-Hidalgo说。“当我们意识到这种薄膜对光线的敏感度比专门设计的光敏设备高出许多数量级时，结果就更加令人惊讶了。这类器件的例子包括商用光电二极管或由新型2D材料制成的二极管。”欧洲杯足球竞彩

光探测器通常只采集光来发电，但石墨烯膜也会产生副产物氢。它们对微秒范围内的光的反应速度比大多数商用光电二极管都要快。

此外，石墨烯膜正在探索其潜在用途，包括过滤——将有机溶剂与水分离，并从气体混合物中去除水——以及在食品和药品包装上的涂层中阻止水和氧的转移;从而使食品和易腐货物更长久地保持新鲜。它们还可以应用于去除发电站排放到大气中的有害二氧化碳。

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