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新的研究結(jié)果表明，當(dāng)材料被陽光照射時，材料傳導(dǎo)質(zhì)子的速度增加，這種現(xiàn)象被稱為“光質(zhì)子”效應(yīng)?？茖W(xué)研究發(fā)現(xiàn)，“光質(zhì)子效應(yīng)”可以被用來設(shè)計可以直接吸收太陽能來產(chǎn)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(zhì)子效應(yīng)的其他應(yīng)用也引起人們的興趣，比如光誘導(dǎo)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(gòu)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(dǎo)體，可以吸收幾乎所有波長的光。近日曼徹斯特大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)，質(zhì)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(shù)應(yīng)用中用作質(zhì)子傳導(dǎo)膜。
為了搞明白當(dāng)光線透過單原子碳層時如何影響質(zhì)子的行為，由Marcelo Lozada-Hidalgo博士和Andre Geim教授領(lǐng)銜的研究小組制備了原始的石墨烯膜，并在其一側(cè)裝飾了鉑納米粒子。科學(xué)家們驚訝地發(fā)現(xiàn)，在陽光照射下，這些膜的質(zhì)子導(dǎo)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(yīng)用是在人造光合作用系統(tǒng)中生產(chǎn)氫氣。
Geim教授也很樂觀：“這本質(zhì)上是一個新的實驗系統(tǒng)，其中質(zhì)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(xué)發(fā)現(xiàn)，新的一些應(yīng)用也將隨之而來。“
當(dāng)前，新能源的研究非?；馃幔澜绺鞯氐目茖W(xué)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(chǎn)可再生燃料（如氫氣）。該技術(shù)的核心是用于充當(dāng)這些人造的“葉子”的膜材料各項性能都非常好——包括優(yōu)異的質(zhì)子-電子傳導(dǎo)性，氣體滲透性，機械堅固性和非常好的光學(xué)透明度。
目前，研究人員使用質(zhì)子和導(dǎo)電聚合物的混合物來制造這樣的膜結(jié)構(gòu)，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(yōu)秀。
通過電測量和質(zhì)譜，研究人員說，他們測量到的光響應(yīng)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(xiàn)有的光伏器件相比，這是一個巨大的數(shù)字。在現(xiàn)有的光伏器件中，僅生產(chǎn)一個氫分子就需要數(shù)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(zhì)子，但我們沒有理由期待被材料吸收的光子能夠提高質(zhì)子穿過它的速度?！盠ozada-Hidalgo說?！爱?dāng)我們意識到膜比專門設(shè)計為光敏的設(shè)備對光更加敏感時，結(jié)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。”
光探測器通常只采集光以產(chǎn)生電能，而石墨烯膜則產(chǎn)生電，并作為副產(chǎn)品產(chǎn)生氫。在微秒范圍內(nèi)，它們對光的響應(yīng)速度比大多數(shù)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。
