曼彻斯特大学的一组研究人员最近公布了一系列实验的结果。这些实验揭示了石墨烯以及其他二维材料对气体和液体的真实不渗透性能力。
这项研究发表在本月的《Nature》上，研究发现，石墨烯可以作为分解氢的催化剂，将来可以将其开发为廉价且可用的催化剂。
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石墨烯的抗渗性
早在2004年，科学家就首次成功分离出了石墨烯。从那时起，探索石墨烯的研究就蓬勃发展。石墨烯已经在传感器，电子产品，油漆涂料，太阳能电池板的组件，DNA测序和药物输送等许多科学领域中找到了应用。
它也被认为是可以在室温下防止气体和液体渗透的材料，因为在环境条件下，一个原子如果想穿透石墨烯单层需要非常高的能量。科学家证明石墨烯对氦原子的抗渗性强于石英薄膜，尽管石英薄膜比单原子厚度的石墨烯厚10万倍。
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测试石墨烯的抗渗性
为了测试石墨烯的真正抗渗性，曼彻斯特大学的一组科学家建立了一种方法，这种方法对气体原子渗透石墨烯的敏感度是以往任何方法的数十亿倍。该研究小组在微米级的石墨或氮化硼单晶中钻了几口井。然后用石墨烯薄膜覆盖。
由于石墨烯的原子膜是柔性且平坦的，因此可以在孔上形成气密密封，这意味着原子和分子进入容器的唯一方法是透过膜。将密封的井或容器置于氦气中。压原子进出容器的证据是通过压力的减少或增加来证明的。原子力显微镜用于监测这些变化。
这一结果支持了之前证明石墨烯具有高催化活性的研究。
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石墨烯对氢的惊人渗透性
通过测量薄膜位置的变化，研究人员能够准确记录能够穿过石墨烯的原子或分子的数量。每小时只有几个氦原子进出容器。众所周知，氦是所有气体中渗透性最强的，因此，这些原子很少能够穿透石墨烯薄膜，这一事实对证明材料的高抗渗性具有重要意义。
科学家们用其他气体重复了这个实验，除了氢气，其他气体渗透石墨烯的能力非常有限。结果表明，氢在渗透石墨烯方面相当成功，这让参与该项目的科学家们感到惊讶。考虑到氢原子比氦原子大得多，因此出人意料的是它们应该更容易渗透石墨烯。
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石墨烯作为氢裂解催化剂
由于氢分子比氦分子大，科学家们不确定是什么原因使氢容易渗透石墨烯中。
人们认为在石墨烯膜中观察到的纳米级波纹起催化作用，将吸收的分子氢分解成两个单独的原子，然后这些原子可以渗透到石墨烯膜中，从而证明了石墨烯作为氢分裂催化剂的先前未知的特性。石墨烯膜上观察到的纳米级波纹被认为具有催化作用，将吸收的氢分子解离成两个独立的原子，然后渗透到石墨烯膜中，从而展示了石墨烯作为氢分裂催化剂的未知特性。
这些实验的结果提供了石墨烯作为催化剂的第一个证据，这一特性需要进一步的研究来探索。
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资讯来源：graphene-info
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资讯来源：sciencedaily
链接：
https://www.sciencedaily.com/releases/2020/03/200309130011.htm
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资讯来源：phys.org
链接：https://phys.org/news/2020-03-hygroscopic-micronanolenses-carbon-nanotube-ion.html
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