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重大發現:石墨烯膜可用于人工模擬光合作用制氫!
更新時間:2018-01-25 瀏覽數:
2018-01-25 石墨烯資訊 


導讀


近日曼徹斯特大學的研究人員發現,質子(氫原子核)也可以透過石墨烯,這意味著它可以在各種技術應用中用作質子傳導膜。AndreGeim教授領銜的研究小組制備了原始的石墨烯膜,在陽光照射下,這些膜的質子傳導性提高了10倍。有望應用是于人造光合作用系統中生產氫氣



新的研究結果表明,當材料被陽光照射時,材料傳導質子的速度增加,這種現象被稱為“光質子”效應??茖W研究發現,“光質子效應”可以被用來設計可以直接吸收太陽能來產生氫氣的裝置,氫能源是一種非常有前景的綠色燃料。初次之外,該光質子效應的其他應用也引起人們的興趣,比如光誘導分解水、光催化和制造新型高效光電探測器等。

 


石墨烯一種由單原子碳層構成的材料,只有一個原子厚,并具有許多獨特的物理和機械性能。它是電子的良好導體,可以吸收幾乎所有波長的光。近日曼徹斯特大學的研究人員發現,質子(氫原子核)也可以透過石墨烯,這意味著它可以在各種技術應用中用作質子傳導膜。

 

為了搞明白當光線透過單原子碳層時如何影響質子的行為,由Marcelo Lozada-Hidalgo博士和Andre Geim教授領銜的研究小組制備了原始的石墨烯膜,并在其一側裝飾了鉑納米粒子??茖W家們驚訝地發現,在陽光照射下,這些膜的質子導電率提高了10倍。

 

Lozada-Hidalgo博士說:“到目前為止,這些膜最有趣的應用是在人造光合作用系統中生產氫氣。

 

Geim教授也很樂觀:“這本質上是一個新的實驗系統,其中質子,電子和光子都被壓縮在只有一個原子厚的的薄體積中。我相信會有很多新的物理學發現,新的一些應用也將隨之而來?!?/span>

 

當前,新能源的研究非?;馃?,世界各地的科學家正在忙著研究如何通過模仿植物的光合作用利用太陽能生產可再生燃料(如氫氣)。該技術的核心是用于充當這些人造的“葉子”的膜材料各項性能都非常好——包括優異的質子-電子傳導性,氣體滲透性,機械堅固性和非常好的光學透明度。

 

目前,研究人員使用質子和導電聚合物的混合物來制造這樣的膜結構,但這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這個問題,因為石墨烯的各項性能都非常優秀。

 

通過電測量和質譜,研究人員說,他們測量到的光響應率約為104 A/W,這意味著在膜上每入射太陽光子(光粒子)時,就會形成大約5000種氫分子。如果與現有的光伏器件相比,這是一個巨大的數字。在現有的光伏器件中,僅生產一個氫分子就需要數千個光子。

 

“我們知道石墨烯可以吸收所有頻率的光,而且它也可以透過質子,但我們沒有理由期待被材料吸收的光子能夠提高質子穿過它的速度?!盠ozada-Hidalgo說?!爱斘覀円庾R到膜比專門設計為光敏的設備對光更加敏感時,結果就更令人驚訝了。這類裝置的例子包括商用光電二極管或由新穎的2D材料制成的光電二極管?!?/span>

 

光探測器通常只采集光以產生電能,而石墨烯膜則產生電,并作為副產品產生氫。在微秒范圍內,它們對光的響應速度比大多數商用光電二極管快。

 

該項目得到歐洲研究委員會ARTIMATTER項目(ERC-2012-ADG)和歐盟石墨烯旗艦計劃的支持。

 


資料來源:石墨烯資訊編輯整理。

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

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