一項由中外科學家聯合完成的新成果登上27日“自然”網站的首頁頭條：石墨烯、氮化硼等二維納米材料具有只容質子穿透的特性，因而有望取代制作燃料電池的核心部件“質子傳導膜”的現有材料，催生燃料電池的革命性進步。

該成果有中國科學技術大學吳恒安教授、王奉超特任副研究員與諾貝爾物理獎得主、英國曼徹斯特大學安德烈?海姆教授課題組及荷蘭內梅亨大學研究人員合作完成，相關論文于11月26日在國際頂尖學術期刊《自然》在線發表。

燃料電池是將燃料具有的化學能直接變為電能的發電裝置，具有能量轉化效率高、無需耗費充能時間、零排放無污染等諸多優點。從智能手機到航空航天、國防，燃料電池都可大顯身手，應用前景非常廣闊。然而，燃料電池中的核心部件“質子傳導膜”存在的燃料滲透等缺陷，使其大規模應用受到很大限制。

據該論文共同通訊作者吳恒安教授介紹，石墨烯是一種由碳原子按照六角蜂巢晶格排列而成的單層網狀二維材料，二維氮化硼納米材料也具有跟石墨烯相似的六角網狀結構。傳統觀點認為，任何氣體分子或流體分子，哪怕是最小的氫原子，都無法穿透不含缺陷的完美石墨烯片層。他們的研究則表明，質子可以較為容易地穿越石墨烯和氮化硼等二維材料；如果升高溫度或加入催化劑，穿透過程會明顯加快。而且，除了質子，其他物質都不能穿越石墨烯和氮化硼等二維材料。

據王奉超特任副研究員介紹，基于此項研究成果，可采用石墨烯和氮化硼等單原子層二維材料作為“質子傳導膜”，這將使燃料電池更高效、更安全、更環保、更輕薄，其應用領域會極大拓展、應用步伐會明顯加快。同時，該成果也將極大促進氫相關技術的研究。

據悉，該論文發表后，“自然“網站以首頁頭條形式第一時間進行了報道，同期的“自然新聞視點”欄目也對該成果進行了重點評論和展望。麻省理工學院的Karnik教授在評論中指出，質子傳導膜是燃料電池的核心所在，本項研究取得的突破性進展在理論上已經達到美國能源部設定的2020年質子傳導膜輸運性能目標。

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