石墨烯对质子具有完全的选择性 甚至能阻挡氯等最小的离子

曼彻斯特大学的研究表明，石墨烯对质子具有完全的选择性，甚至能阻挡氯等最小的离子。这一结果对于石墨烯基膜的开发非常重要，适用于从燃料电池到脱盐的应用。

由Marcelo Lozada-Hidalgo博士和Andre Geim教授领导的团队在Nature Communications上写道，石墨烯和六角形氮化硼(也称为“白色石墨烯”)等二维材料对所有离子都是不可穿透的。只有质子才能运输通过这些晶体，可以使膜具有完美的质子选择性。

研究人员之前发现，质子很容易透过石墨烯的晶格。然而，其他小离子是否能够刺穿这些材料中的致密晶格仍然未知。现在研究人员发现只有质子可以。

除了与二维晶体膜的发展相关外，该工作进一步支持了先前的结论，即晶格中的空穴对于通过二维晶体的质子传输不是必需的。二维晶体本身对质子具有高渗透性。

卢卡斯莫格博士 该项目的学生和该论文的第一作者说：“在我们的实验中，二维晶体膜分离出含有质子和氯离子的储层。与我们的二维晶体膜相比，这些储层实际上是无限的。我们非常惊讶地发现，一个原子厚的屏障足以阻止所有氯离子穿过。即使是特别设计用于分离离子的厚聚合物膜有时也无法达到如此完美的选择性。

Lozada-Hidalgo博士补充道，这些研究结果与二维离子导体领域的理论发展相关。“我们的研究结果最终表明质子通过二维晶体传输通过它们的体积发生，并且不需要原子级缺陷。这是我们理解离子与原子级晶体之间相互作用的一个重要发展，其意义延伸良好超出目前的研究。“

该结果还被认为在开发使用石墨烯作为膜材料的广泛应用中是重要的。“我们的结果对使用石墨烯作为膜材料的技术有影响。质子通过原始2-D晶体体的快速质子渗透通常不予考虑。但是，它对于设计和优化这些膜非常重要，尤其是在酸性条件下运行时，“Marcelo Lozada-Hidalgo解释道。

研究人员对这项工作的前景充满热情。他们相信可以使用类似的方法研究更多的晶体。从这个角度来看，大多数二维晶体仍未开发。研究人员认为，在这些新材料中可以发现更多意外现象和新应用。