二維（2D）材料為膜提供了一種前景，這種膜將可忽略的氣體滲透性與高質子傳導率結合在一起，并且可以超越用于包括燃料電池在內的各種應用中的現有質子交換膜。氧化石墨烯 (GO) 是一種眾所周知的二維材料，有助于質子沿其基面快速傳輸，但其質子傳導率仍然未知。人們通常還認為單個 GO 單層含有大量密度的納米級針孔，這些針孔會導致 GO 基面發生大量氣體泄漏。
近日，曼徹斯特大學Lozada-Hidalgo，A. K. Geim，澳門大學P. Z. Sun，華威大學P. R. Unwin通過 Hummers 方法獲得的高質量 GO 單層包含與無缺陷石墨烯一樣不可滲透氦氣（所有原子中最小的）和其他氣體的大面積。
文章要點
1）相同的膜顯示出的質子滲透率超過石墨烯約 50 倍，接近六方氮化硼 (hBN) 和云母單層材料的質子滲透率，這是迄今為止，已知的具有最高質子滲透率的二維材料。
2）使用掃描電化學電池顯微鏡，研究人員發現質子傳輸增強發生在大量活性位點上，這可歸因于碳-氧鍵局部扭曲了GO的底層石墨烯晶格。
參考文獻
Wu, Z.F., Sun, P.Z., Wahab, O.J. et al. Proton and molecular permeation through the basal plane of monolayer graphene oxide. Nat Commun 14, 7756 (2023).
DOI：10.1038/s41467-023-43637-w
https://doi.org/10.1038/s41467-023-43637-w
