曼徹斯特大學和華威大學的研究人員揭開了石墨烯對質子的滲透性大大超過理論預期的長期之謎。研究人員發現了石墨烯的內在質子滲透性，為氫經濟和綠色制氫提供了潛在的推動力。

十年前，曼徹斯特大學的科學家們驚奇地發現，石墨烯對質子（氫原子的原子核）具有滲透性。這一意想不到的結果引起了科學界的爭論，因為根據已有的理論預測，質子需要數十億年才能穿過石墨烯密集的晶體結構。因此，有理論認為，質子可能是通過石墨烯上的微小針孔而不是晶格穿越的。

今天（8 月23 日），《自然》雜誌報導了質子在石墨烯中傳輸的超高空間分辨率測量結果，證明完美。令人意想不到的是，質子在晶體的納米級皺紋和波紋周圍被強烈加速。這項研究由Patrick Unwin 教授領導的華威大學和Marcelo Lozada-Hidalgo 博士及Andre Geim 教授領導的曼徹斯特大學合作完成。

這一發現有望加速氫經濟的發展。目前用於生成和利用氫氣的昂貴催化劑和薄膜有時會對環境造成嚴重影響，而更可持續的二維晶體可以取代這些催化劑和薄膜，從而減少碳排放，並通過生成綠色氫氣實現淨零排放。

研究小組使用了一種稱為掃描電化學細胞顯微鏡（SECCM）的技術來測量從納米級區域收集到的微小質子電流。這樣，研究人員就能直觀地看到質子電流通過石墨烯膜的空間分佈。如果質子傳輸像一些科學家推測的那樣是通過孔洞進行的，那麼電流就會集中在幾個孤立的點上。結果沒有發現這樣的孤立點，這就排除了石墨烯膜中存在孔洞的可能性。

論文的主要作者Segun Wahab 博士和Enrico Daviddi 博士評論說：”我們驚訝地發現石墨烯晶體中完全沒有缺陷。我們的研究結果提供了石墨烯本質上可滲透質子的微觀證明。”

意想不到的是，質子電流在晶體納米級皺紋周圍被加速。科學家們發現，這是因為皺紋有效地”拉伸”了石墨烯晶格，從而為質子滲透原始晶格提供了更大的空間。現在，這一觀察結果使實驗與理論相吻合。

洛薩達-伊達爾戈博士說：”我們實際上是在拉伸一個原子尺度的網格，並觀察到更大的電流通過這個網格中被拉伸的原子間空間，這真是令人難以置信。 “

Unwin 教授評論道：”這些結果展示了我們實驗室開發的SECCM 是一種從微觀角度深入了解電化學界面的強大技術，它為設計涉及質子的下一代膜和分離器開闢了令人興奮的可能性。”

作者們對這一發現在實現基於氫的新技術方面的潛力感到非常興奮。Lozada-Hidalgo 博士說：”利用二維晶體中波紋和皺紋的催化活性，是加速離子傳輸和化學反應的一種全新方法。這可能導致氫相關技術的低成本催化劑的開發。”