二维（2D）材料为膜提供了一种前景，这种膜将可忽略的气体渗透性与高质子传导率结合在一起，并且可以超越用于包括燃料电池在内的各种应用中的现有质子交换膜。氧化石墨烯 (GO) 是一种众所周知的二维材料，有助于质子沿其基面快速传输，但其质子传导率仍然未知。人们通常还认为单个 GO 单层含有大量密度的纳米级针孔，这些针孔会导致 GO 基面发生大量气体泄漏。

近日，曼彻斯特大学Lozada-Hidalgo，A. K. Geim，澳门大学P. Z. Sun，华威大学P. R. Unwin通过 Hummers 方法获得的高质量 GO 单层包含与无缺陷石墨烯一样不可渗透氦气（所有原子中最小的）和其他气体的大面积。

文章要点

1）相同的膜显示出的质子渗透率超过石墨烯约 50 倍，接近六方氮化硼 (hBN) 和云母单层材料的质子渗透率，这是迄今为止，已知的具有最高质子渗透率的二维材料。

2）使用扫描电化学电池显微镜，研究人员发现质子传输增强发生在大量活性位点上，这可归因于碳-氧键局部扭曲了GO的底层石墨烯晶格。

参考文献

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