曼徹斯特大學(xué)的研究表明，石墨烯對(duì)質(zhì)子具有完全的選擇性，甚至能阻擋氯等最小的離子。這一結(jié)果對(duì)于石墨烯基膜的開(kāi)發(fā)非常重要，適用于從燃料電池到脫鹽的應(yīng)用。

由Marcelo Lozada-Hidalgo博士和Andre Geim教授領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)在Nature Communications上寫(xiě)道，石墨烯和六角形氮化硼(也稱為“白色石墨烯”)等二維材料對(duì)所有離子都是不可穿透的。只有質(zhì)子才能運(yùn)輸通過(guò)這些晶體，可以使膜具有完美的質(zhì)子選擇性。

研究人員之前發(fā)現(xiàn)，質(zhì)子很容易透過(guò)石墨烯的晶格。然而，其他小離子是否能夠刺穿這些材料中的致密晶格仍然未知?，F(xiàn)在研究人員發(fā)現(xiàn)只有質(zhì)子可以。

除了與二維晶體膜的發(fā)展相關(guān)外，該工作進(jìn)一步支持了先前的結(jié)論，即晶格中的空穴對(duì)于通過(guò)二維晶體的質(zhì)子傳輸不是必需的。二維晶體本身對(duì)質(zhì)子具有高滲透性。

盧卡斯莫格博士 該項(xiàng)目的學(xué)生和該論文的第一作者說(shuō)：“在我們的實(shí)驗(yàn)中，二維晶體膜分離出含有質(zhì)子和氯離子的儲(chǔ)層。與我們的二維晶體膜相比，這些儲(chǔ)層實(shí)際上是無(wú)限的。我們非常驚訝地發(fā)現(xiàn)，一個(gè)原子厚的屏障足以阻止所有氯離子穿過(guò)。即使是特別設(shè)計(jì)用于分離離子的厚聚合物膜有時(shí)也無(wú)法達(dá)到如此完美的選擇性。

Lozada-Hidalgo博士補(bǔ)充道，這些研究結(jié)果與二維離子導(dǎo)體領(lǐng)域的理論發(fā)展相關(guān)。“我們的研究結(jié)果最終表明質(zhì)子通過(guò)二維晶體傳輸通過(guò)它們的體積發(fā)生，并且不需要原子級(jí)缺陷。這是我們理解離子與原子級(jí)晶體之間相互作用的一個(gè)重要發(fā)展，其意義延伸良好超出目前的研究。“

該結(jié)果還被認(rèn)為在開(kāi)發(fā)使用石墨烯作為膜材料的廣泛應(yīng)用中是重要的。“我們的結(jié)果對(duì)使用石墨烯作為膜材料的技術(shù)有影響。質(zhì)子通過(guò)原始2-D晶體體的快速質(zhì)子滲透通常不予考慮。但是，它對(duì)于設(shè)計(jì)和優(yōu)化這些膜非常重要，尤其是在酸性條件下運(yùn)行時(shí)，“Marcelo Lozada-Hidalgo解釋道。

研究人員對(duì)這項(xiàng)工作的前景充滿熱情。他們相信可以使用類(lèi)似的方法研究更多的晶體。從這個(gè)角度來(lái)看，大多數(shù)二維晶體仍未開(kāi)發(fā)。研究人員認(rèn)為，在這些新材料中可以發(fā)現(xiàn)更多意外現(xiàn)象和新應(yīng)用。