Графену с дефектами нашли применение в топливных элементах

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.

Наука и техника00:0116 февраля
Луис Глазман «Битва при Ситке»

Обойдемся

Эти индейцы воевали с русскими до 2004 года. Они вынудили Россию продать Аляску
Звери с Чумного озера
Щелковская ОПГ не знала пощады и отправляла жертв на корм рыбам
Земля и доля
Подмосковные крестьяне бьются с Грудининым за свои гектары
Огонь, вода и бандитские трупы
На работе он стреляет в боевиков, а по выходным людей спасает
Темные времена
Лихие 90-е: спецпроект «Ленты.ру»
Знаток «Что? Где? Когда?» Андрей КозловБольно умные
В России делают лучшие интеллектуальные шоу. Даже когда воруют идеи у Запада
Чувство мема
Американцев и европейцев оскорбляет буквально все. Россиян это смешит
Круче Tor
Богачи вложили миллионы в магазин наркотиков нового поколения
Abandoned Howey MansionИ тишина
Прекрасные заброшенные уголки мира
В комнате пыток
Сколько стоит самое дешевое и страшное жилье в Москве
Он же памятник
Угадай полководца: хитрый военный тест «Ленты.ру»
Соседи из ада
Интеллигентные жильцы превратили жизнь москвички в кошмар