石墨烯将成为太阳能制氢的新希望

据外国媒体报道：曼彻斯特大学的研究人员发现了另外一种新的、意想不到的石墨烯膜物理效应，可以用于人工模拟光合作用。

新的研究结果表明，当新材料被阳光照射时，材料传导质子的速度会增加。被称为“光质子”的效应可被用来设计能够直接收获太阳能来生产氢气的装置。这种材料的其他应用也可能引起人们的兴趣，如光诱导水分解，光催化和制造新型高效光电探测器。

为了找出光线如何影响质子渗透碳片的行为，Marcelo Lozada-Hidalgo博士和Andre Geim教授领导的研究小组制作了原始石墨烯膜，并在一面装饰了铂纳米粒子。曼彻斯特科学家惊讶地发现，这些膜的质子传导性在被阳光照射时增强了10倍。

到目前为止，这种材料最有趣的应用是在基于这些膜的人造光合系统中生产氢气。而团队研究人员表示，这本质上是一个新的实验系统，其中质子，电子和光子都被压缩在一个原子级的薄体积中。这将会带来很多新的物理学现象，新的应用程序将随之而来。

世界各地的科学家正在忙着研究如何通过模仿植物的光合作用直接利用太阳能生产可再生燃料（如氢）。这些人造“叶子”将需要多功能的膜作为核心部件，这种膜需要满足电子传导性，气体渗透性，机械坚固性和光学透明度。目前，研究人员使用质子和电子导电聚合物的混合物来制造这种结构，但这需要通过使用石墨烯来避免一些性能的妥协。

研究人员使用电学测量和质谱测量，他们测量了约104A / W的光响应性，这即每个照射到膜的太阳光子（光粒子）将会形成的大约5000个氢分子。如果与现有的需要数千个光子来生成单个氢分子的光伏器件相比，这是一个巨大的数字。

光电探测器通常收集光线以产生电力，但石墨烯膜产生电力，并且副产品为氢气。它们在微秒范围内响应光子，比大多数商业光电二极管快。

本研究得到了劳埃德注册基金会，EPSRC（EP / N010345 / 1），欧洲研究理事会ARTIMATTER项目（ERC-2012-ADG）和石墨烯旗舰项目的支持。