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北京大學Luda Wang課題組--仿生氮摻雜石墨烯膜用于質子交換膜
        兼具高選擇性和高滲透率的質子交換膜(PEM)在氫應用中,特別是在燃料電池中,是具有很大需求的。盡管石墨烯膜表現出很高的質子選擇性,但通過完美的原始石墨烯時,質子滲透率相對較低,這就限制了其實用性。生物系統中存在氮輔助質子運輸,受此啟發,這里引入了N摻雜來增加質子滲透率,提出了一種N摻雜石墨烯膜(NGM)用于質子交換,具有高的質子滲透性和高選擇性。與最先進的商用PEM相比,NGM的面質子電導率增加2-3個數量級,和質子對甲醇的選擇性提高1-2個數量級。這項工作通過氮摻雜石墨烯膜,實現了可控的質子滲透性,并開發了一種高性能的新型石墨烯基PEM,具有很高的實際應用價值。
 
 
Figure 1. 通過NGM的離子和分子運輸。(a)NGM的構造,通過N2等離子體處理引入N摻雜。(b)實驗設置。(c)不同膜的質子傳導率(1 M HCl)和甲醇滲透率。(d)HCl對甲醇的選擇性和質子傳導率。
 
  
Figure 2. NGM在H +和Cl-之間的選擇性。(a)實驗裝置示意圖。(b)不同濃度HCl溶液測得的I-V曲線。(c)不同膜的面積質子電導率(1 M HCl)和H + / Cl-選擇性。(d)與商業PEM相比,NGM的性能。
 
  Figure 3.N摻雜石墨烯膜。(a)摻雜石墨烯膜的示意圖。N主要是石墨和吡咯型N。(b)N摻雜石墨烯的TEM圖像。用氮氣等離子體處理石墨烯30秒。(c)樣品的拉曼光譜。(d)N 1s的XPS光譜。
  
        該研究工作由北京大學Luda Wang課題組于2021年發表在Nano Lett.期刊上。原文:Biomimetic N?Doped Graphene Membrane for Proton Exchange Membranes。

轉自《石墨烯雜志》公眾號

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