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重大发现:石墨烯膜可用于人工模拟光合作用制氢!
更新时间:2018-01-25 浏览数:
2018-01-25 石墨烯资讯 


导读


近日曼彻斯特大学的研究人员发现,质子(氢原子核)也可以透过石墨烯,这意味着它可以在各种技术应用中用作质子传导膜。AndreGeim教授领衔的研究小组制备了原始的石墨烯膜,在阳光照射下,这些膜的质子传导性提高了10倍。有望应用是于人造光合作用系统中生产氢气



新的研究结果表明,当材料被阳光照射时,材料传导质子的速度增加,这种现象被称为“光质子”效应。科学研究发现,“光质子效应”可以被用来设计可以直接吸收太阳能来产生氢气的装置,氢能源是一种非常有前景的绿色燃料。初次之外,该光质子效应的其他应用也引起人们的兴趣,比如光诱导分解水、光催化和制造新型高效光电探测器等。

 


石墨烯一种由单原子碳层构成的材料,只有一个原子厚,并具有许多独特的物理和机械性能。它是电子的良好导体,可以吸收几乎所有波长的光。近日曼彻斯特大学的研究人员发现,质子(氢原子核)也可以透过石墨烯,这意味着它可以在各种技术应用中用作质子传导膜。

 

为了搞明白当光线透过单原子碳层时如何影响质子的行为,由Marcelo Lozada-Hidalgo博士和Andre Geim教授领衔的研究小组制备了原始的石墨烯膜,并在其一侧装饰了铂纳米粒子。科学家们惊讶地发现,在阳光照射下,这些膜的质子导电率提高了10倍。

 

Lozada-Hidalgo博士说:“到目前为止,这些膜最有趣的应用是在人造光合作用系统中生产氢气。

 

Geim教授也很乐观:“这本质上是一个新的实验系统,其中质子,电子和光子都被压缩在只有一个原子厚的的薄体积中。我相信会有很多新的物理学发现,新的一些应用也将随之而来。“

 

当前,新能源的研究非常火热,世界各地的科学家正在忙着研究如何通过模仿植物的光合作用利用太阳能生产可再生燃料(如氢气)。该技术的核心是用于充当这些人造的“叶子”的膜材料各项性能都非常好——包括优异的质子-电子传导性,气体渗透性,机械坚固性和非常好的光学透明度。

 

目前,研究人员使用质子和导电聚合物的混合物来制造这样的膜结构,但这需要一些重要的性能做一些取舍,但使用石墨烯是可以避免这个问题,因为石墨烯的各项性能都非常优秀。

 

通过电测量和质谱,研究人员说,他们测量到的光响应率约为104 A/W,这意味着在膜上每入射太阳光子(光粒子)时,就会形成大约5000种氢分子。如果与现有的光伏器件相比,这是一个巨大的数字。在现有的光伏器件中,仅生产一个氢分子就需要数千个光子。

 

“我们知道石墨烯可以吸收所有频率的光,而且它也可以透过质子,但我们没有理由期待被材料吸收的光子能够提高质子穿过它的速度。”Lozada-Hidalgo说。“当我们意识到膜比专门设计为光敏的设备对光更加敏感时,结果就更令人惊讶了。这类装置的例子包括商用光电二极管或由新颖的2D材料制成的光电二极管。”

 

光探测器通常只采集光以产生电能,而石墨烯膜则产生电,并作为副产品产生氢。在微秒范围内,它们对光的响应速度比大多数商用光电二极管快。

 

该项目得到欧洲研究委员会ARTIMATTER项目(ERC-2012-ADG)和欧盟石墨烯旗舰计划的支持。

 


资料来源:石墨烯资讯编辑整理

http://mp.weixin.qq.com/s/RSo7maOiQRc2Pup56otdaA