近日，据《杭州日报》报道，中国科学技术大学的科研团队研制出了一种二维碳氮材料与石墨烯基材料复合的“三明治结构”，解决了氢气分离和安全储运这两大瓶颈问题。
高导热超柔性石墨烯膜（右）与柔性石墨烯膜分子结构模型（左）
很早以前科学家们就发现，氢如果能被大规模利用，将非常有利于环保事业的发展。据新华社报道，氢是一种清洁能源，燃烧后生成水，不会产生任何污染物。光解水制氢就是利用氢的一种方法，但近几十年来，光解水制氢的发展停滞不前，原因是分离和收集氢气非常困难，氢气的存储安全和储运成本也是需要考虑的问题。
为了解决这些技术难题，我国科研人员一直在做着不懈的努力，近日科研人员们从英国诺贝尔奖获得者安德烈·海姆和中国科学技术大学吴恒安教授关于石墨烯的研究工作中得到启发，设计出一种二维碳氮材料与石墨烯基材料复合的“三明治结构”。据人民网一带一路全媒体平台报道，石墨烯是一种蜂窝状碳原子平面薄膜，集超强的导电、导热、强度、柔性于一身，具有多种神奇的理化性质，被称为新材料之王。
在新材料之王的诸多性质中，科研人员们找到了利用石墨烯储氢的可能，即石墨烯虽然可以隔绝所有气体和液体，却能够对质子“网开一面”。据《安徽日报》报道，科学家设计出的“三明治结构”将碳氮材料夹在两层石墨烯中，然后再利用光能产生激子，这些光能产生的激子分离后会形成正负电荷，并分别分布于外层石墨烯和碳氮“夹心”层。
石墨烯表面的水分子在正电荷的帮助下分解，产生质子。这些质子可穿透石墨烯，并在遇到电子后发生反应，进而产生氢气。由于只有质子能够通过石墨烯，而产生的氢气不能穿透石墨烯，所以光解水产生的氢气分子会被安全地保留在“三明治结构”内。同时氧原子、氧气、羟基等物质无法进入复合体系，从而抑制了氧与氢重新变为水的逆反应发生，实现了高储氢率下的安全储氢。
有了石墨烯的相助，氢的大规模生产和广泛应用将在今后成为可能。或许在不远的未来，清洁环保的氢将在人类现有的能源体系中发挥越来越大的作用。（李平峰）
本文由中科院物理所副研究员罗会仟进行科学性把关，专家主要研究领域为超导、电子、电磁、半导体、自动化、中子散射等。
