日前，中國(guó)技術(shù)大學(xué)吳恒安教授、王奉超特任副研究員，與諾貝爾物理獎(jiǎng)得主、英國(guó)曼徹斯特大學(xué)安德烈·海姆教授課題組及荷蘭內(nèi)梅亨大學(xué)研究人員等進(jìn)行了合作，該團(tuán)隊(duì)在石墨烯類(lèi)膜材料輸運(yùn)特性研究方面取得突破性進(jìn)展，其成果有望能夠解決燃料電池核心部件“質(zhì)子傳導(dǎo)膜”的燃料滲透等等難題，將為這種高能量、低污染的新型能源設(shè)備帶來(lái)革命性的進(jìn)展。國(guó)際頂尖學(xué)術(shù)期刊《自然》并于11月26日在線發(fā)布了這一研究成果。

燃料電池可將燃料的化學(xué)能直接變?yōu)殡娔?，與普通電池相比，具有能量轉(zhuǎn)化效率高、環(huán)境污染少、無(wú)需耗費(fèi)充能時(shí)間等諸多優(yōu)點(diǎn)。但是，由于燃料電池中的核心部件“質(zhì)子傳導(dǎo)膜”存在燃料滲透等未解技術(shù)難題，極大地限制了燃料電池的大規(guī)模應(yīng)用。

研究小組發(fā)現(xiàn)，石墨烯以及氮化硼等具有單原子層厚度的二維納米材料可以作為良好的“質(zhì)子傳導(dǎo)膜”，其他物質(zhì)很難穿越，從而解決了燃料滲透的問(wèn)題。此外，升高溫度或加入催化劑可顯著促進(jìn)質(zhì)子穿越的過(guò)程。

“我們的課題組在該項(xiàng)工作中做出的核心貢獻(xiàn)是采用計(jì)算機(jī)模擬了二維納米材料的微觀孔隙結(jié)構(gòu)，解釋了質(zhì)子穿透的機(jī)理，并計(jì)算得到了質(zhì)子通過(guò)石墨烯類(lèi)膜材料所需要的最小能量，進(jìn)一步對(duì)該過(guò)程給出了定量化的描述。”吳恒安說(shuō)。

據(jù)介紹，此次發(fā)現(xiàn)有望為燃料電池和氫相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域帶來(lái)革命性進(jìn)展，使燃料電池更加高效、安全、環(huán)保、輕薄，從而加快推廣應(yīng)用進(jìn)程。