Графену с дефектами нашли применение в топливных элементах

Локальные дефекты в кристаллической структуре однослойного графена
Локальные дефекты в кристаллической структуре однослойного графена

Физики из США показали, что локальные дефекты в кристаллической структуре однослойного графена могут привести к эффективному переносу протонов через него. Это может найти применение в конструкции топливных батарей будущего. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Nature Communications, а кратко с ними можно ознакомиться на сайте Северо-Западного университета в Иллинойсе.

Графен представляет собой двумерную кристаллическую решетку из атомов углерода, расположенных в вершинах правильного шестиугольника. При комнатных температурах перенос протонов через него происходит только при наличии в графене наноразмерных отверстий или его допировании (введении специальных примесей). Оказалось, что замена в некоторых местах такой решетки атомов углерода другими структурами (например, углеводородами или гидроксильными радикалами) образует дефекты, которые приводят к эффективному переносу протонов через слой графена.

Физики связывают это с классическим механизмом Гротгуса, известным из физической химии. Согласно нему, транспорт протона (положительного иона самого легкого атома водорода) в веществе растворителя (воды или углеводорода) происходит поэтапно от одной молекулы растворителя к другой благодаря наличию между ними водородной связи.

В веществе водородные связи выступают в качестве основы межмолекулярных взаимодействий и образования полимеров. В частности, именно водородные связи молекулы воды и механизм Гротгуса обеспечивают этой простой жидкости ее физические свойства (теплоемкость, вязкость и поверхностное натяжение).

Свои выводы ученые подтвердили снимками экспериментального слоя графена с деформациями, полученными с помощью сканирующего электронного микроскопа, а также компьютерным моделированием с использованием методов молекулярной динамики и функционала плотности. Ученые отмечают, что наблюдаемые ими модифицированные мембраны отличаются эффективным переносом протонов и его высокой селективностью. Это позволяет использовать их в будущих аккумуляторах.

В топливных элементах, преобразующих химическую энергию поступающих в батарею соединений в электрическую, используются специальные протоннообменные мембраны. Такие полимерные или керамические мембраны, как правило, разделяют электроды и служат для транспорта протонов в элементах. Ученые отмечают, что в будущем в таких батареях мембраны могут изготавливаться из графена.

Обсудить
«Верните наше будущее!»
О чем мечтают альтернативные правые — друзья Трампа и враги политкорретности
От ковбоя до рака легких
Сложная история отношений американцев и табачной продукции
Бирманские солдаты на руинах сожженного дома в столице штата РакхайнВас здесь не стояло
Из-за чего власти Мьянмы конфликтуют с мусульманами-рохинджа
«Зеленый профессор Саша»
Ультраправых в Австрии одолел потомок беженцев из России
Видео: Самый быстрый «МАЗ»
Дакаровский «МАЗ», десантный корабль на воздушной подушке и заброшенная авиабаза
Самые продаваемые автомобили в России
25 самых популярных автомобилей ноября 2016 года
Чех, два японца и кореец: выбираем лучший компактный седан
Длительный тест четырех компактных седанов. Часть 3
В угол за угон
Когда детям становится скучно, они угоняют настоящие машины
От роддома до могилы
Тайны фамильных особняков, в которых живут поколения фермеров и журналистов
Извращенные вкусы
Откровения риелторов о клиентах-геях, богеме, политиках и шизофрениках
Пассажиры в зале ожидания в аэропорту СочиКвартирный вопрос их испортил
Как обманывают приезжих нечистоплотные москвичи
Халявщики и партнеры
Застройщики и банки шокируют заемщиков ипотечными условиями