曼彻斯特大学 用水溶液研究质子通过2D晶体的输运
1 M盐酸的伏安特性示例
底部插图:放大
顶部插图:悬浮hBN膜的电子显微照片(孔径，2米)
单层hBN面积电导率σ的浓度依赖性
灰色区域表示寄生漏电流给出的检测极限
误差线:不同测量值的标准差
虚线:数据的最佳线性拟合
上图:一个“膨胀的纳米气球”的原子力显微镜高度剖面图
这里，石墨烯单层密封了一个含有加压氩的微米大小的空腔
膜上的压力差使它膨胀
横向比例尺，1微米；色标，130 nm
底部插图:沿顶部插图中蓝色虚线截取的原子力显微镜线迹
DOI: 10
1038/s 14467-019-12314-2 曼彻斯特大学的研究表明，石墨烯对质子有很好的选择性，甚至能阻挡像氯这样最小的离子
这一结果对于石墨烯基膜的开发具有重要意义，其应用范围从燃料电池到海水淡化
博士领导的团队在《自然通讯》上写道
马塞洛·洛萨达·伊达尔戈和安德烈·海姆教授指出，像石墨烯和六方氮化硼这样的二维材料，也被称为“白色石墨烯”，是所有离子都无法穿透的
只有质子可以通过这些晶体传输，这使得膜具有完美的质子选择性
研究人员之前发现质子很容易渗透到石墨烯的晶格中
然而，其他小离子是否能穿透这些材料中致密的晶格仍然是未知的
现在研究人员发现只有质子可以
除了与二维晶体膜的发展相关之外，这项工作进一步支持了先前的结论，即晶格中的空穴对于质子通过二维晶体的传输不是必需的
二维晶体本身对质子的渗透性很高
卢卡斯·莫格博士
D
该项目的学生和该论文的第一作者说:“在我们的实验中，二维晶体膜将含有质子和氯离子的容器分开
与我们的二维晶体膜相比，这些容器实际上是无限的
我们非常惊讶地看到一个一个原子厚的屏障足以阻止所有的氯离子穿过
即使特别设计用于分离离子的厚聚合物膜有时也不能达到如此完美的选择性
" 这些发现与二维离子导体领域的理论发展相关
洛萨达-伊达尔戈
“我们的结果最终表明，质子通过二维晶体的传输发生在它们的体部，不需要原子尺度的缺陷
这是我们理解离子和原子级薄晶体之间相互作用的一个重要进展，其影响远远超出了目前的研究
" 这一结果也被认为对于开发石墨烯作为膜材料的广泛应用非常重要
“我们的研究结果对使用石墨烯作为薄膜材料的技术有所启示
通常不考虑质子通过原始二维晶体体的快速质子渗透
然而，这对设计和优化这些膜可能很重要，尤其是在酸性条件下操作时，”马塞洛·洛萨达-伊达尔戈解释道
研究人员对这项工作的前景充满热情
他们认为可以用类似的方法研究更多的晶体
从这个角度来看，大多数二维晶体仍未被探索过
研究人员认为在这些新材料中可以发现更多意想不到的现象和新的应用
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