由筑波大學領導的研究小組成功開發了一種新方法，可以防止大燃料分子的交叉并抑制使用甲醇或甲酸的先進燃料電池技術中電極的降解。

　　燃料分子的成功篩分是通過選擇性質子轉移實現的，這是由于具有化學功能化并充當質子交換膜的 多孔石墨烯片上的空間位阻所致。

　　為實現碳中和，開發直接甲醇/甲酸燃料電池技術的需求不斷增加。在該技術中，甲醇或甲酸被用作電子燃料來發電。

　　燃料電池通過質子轉移發電；然而，傳統的質子交換膜會遭受“交叉現象”，即燃料分子也在陽極和陰極之間轉移。此后，燃料分子被不必要地氧化并且電極失活。

　　在發表在《Advanced Science》上的一項研究中，研究人員開發了一種新型質子交換膜，該膜由具有 5-10 nm 直徑孔的石墨烯片組成，該膜通過磺基官能團進行化學修飾，在孔周圍提供磺基。

　　研究人員表示，由于官能團的空間位阻，石墨烯膜通過阻止燃料分子的滲透成功地抑制了交叉現象，同時保持了高質子傳導性，這可能是第一次。

　　迄今為止，抑制燃料分子遷移的傳統方法涉及增加膜厚度或夾入二維材料，這反過來又降低了質子電導率。

　　在這項研究中，研究人員研究了通過電滲阻力和空間位阻抑制燃料分子遷移的結構。因此，他們發現，與市售的Nafion膜相比，磺胺官能化石墨烯膜可以顯著抑制電極退化，同時保持燃料電池所需的質子傳導性。

　　此外，簡單地將石墨烯膜粘貼到傳統的質子交換膜上就可以抑制交叉現象。因此，這項研究有助于開發先進燃料電池作為氫型燃料電池的新替代品。

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Samuel Jeong et al, Suppression of Methanol and Formate Crossover through Sulfanilic‐Functionalized Holey Graphene as Proton Exchange Membranes, Advanced Science (2023). DOI: 10.1002/advs.202304082

Journal information: Advanced Science

信息來源：石墨烯網、Phys.org