Ученые из Манчестерского университета, проведя ряд исследований, выяснили что графен, материал абсолютно непроницаемый для всех газов и жидкостей, позволяет достаточно легко проходить сквозь свою однослойную кристаллическую решетку протонам, т.е. лишенным электронов ядрам атомов водорода. Данное открытие может сыграть огромную роль в области разработки новых топливных элементов и других технологий, в которых используется водород, и которые требуют использования дорогостоящих специальных молекулярных фильтров.
Напомним нашим читателям, что графен представляет собой форму углерода, кристаллическая решетка которого имеет толщину в один атом. Графен впервые был получен в 2004 году, а в 2010 году, благодаря этому достижению, Андрей Гейм и Константин Новоселов, бывшие российские, а ныне английские ученые, стали лауреатами Нобелевской премии в области физики. Этот материал обладает целым рядом удивительных и уникальных свойств, в том числе, он абсолютно не пропускает через свою структуру молекулы других химических соединений. Это уже позволило ученым разработать на основе графена ряд видов антикоррозийных покрытий, непроницаемых упаковочных иантибактериальных материалов.
Однако, группа, возглавляемая Сэром Андреем Геймом, проверила, способна ли графеновая пленка пропускать сквозь себя протоны. Результаты некоторых теоретических расчетов указывали на то, что протоны также не смогут проходить сквозь графен, отражаясь от поверхности назад в пространство. Несмотря на столь пессимистические прогнозы, исследователи все же провели эксперименты и с удивлением обнаружили, что протоны пронзают графеновую пленку относительно легко, и эта их способность увеличивается еще больше при повышении температуры или в присутствии каталитических платиновых наночастиц на поверхности графена.
Данное открытие делает графен и нитрид бора, "одноатомный" материал с подобно графену структурой, весьма перспективными материалами для изготовления протонных мембран, мембран, пропускающих только атомарный водород, которые являются необъемлемой частью высококачественных топливных элементов, способных работать в течение длительного времени. Без таких мембран активные поверхности топливных элементов, покрытые каталитическими составами, достаточно быстро загрязняются различными примесями, находящимися в топливном газе, и если не выходят из строя полностью, то весьма чувствительно теряют в эффективности.
Кроме этого, ученые продемонстрировали, что графеновые протонные мембраны могут использоваться для выделения водорода из состава влажного воздуха, в котором он всегда находится в небольших количествах. Такая возможность позволит создавать портативные электрические генераторы, которые будут работать на воздухе в буквальном смысле этого слова. "Когда мы знаем, как это все должно работать, то создать установку достаточно просто" - рассказывает Марсело Лосада-Идальго (Marcelo Lozada-Hidalgo), аспирант из Манчестерского университета, - "Мы помещаем водородосодержащий газ с одной стороны мембраны, подаем на мембрану соответствующий электрический потенциал, и собираем с другой стороны чистейший водород, который может быть сожжен на поверхности катализатора топливного элемента".
"В своих исследованиях мы работали с маленькими мембранами, получая крошечные количества водорода. Но это лишь только начальная стадия использования нашего открытия, которое должно привлечь внимание специалистов в данной области" - рассказывает доктор Шенг Ху (Dr. Sheng Hu), - "Все это выглядит крайне простым и весьма многообещающим. А благодаря тому, что графен сейчас уже научились делать листами, площадью в квадратные метры, появления собирающих водород из воздуха "комбайнов", следует ожидать в недалеком будущем, хотя для этого и придется проделать немалую работу".
