还有什么不能做？《Science》报道石墨烯又一新用途

石墨烯可以说是近些年来最热的新材料，它的盛名屡见报端，各种各样的用途和性质有的非专业人士也能侃侃而谈。科学家们也在继续发掘石墨烯的应用潜力，最近《Science》上报道了石墨烯的又一个新用途。

看着石墨烯的分子式，有没有想过它像一张“滤网”？不过石墨烯可是二维材料，只有一个分子那么厚，真的可以用来过滤分离东西吗？

图片来源：jameshedberg.com

事实上，还真有人这么做。英国曼切斯特大学的一个由物理学家和化学家组成的研究团队，就展示了一种利用石墨烯制作的膜作为滤网，来分离质子（氢核，protons）和其同位素氘核（deuterons）。这个研究成果意味着可能利用这种更简单、更便宜的方法以少10倍的能量生产重水，而且可以通过过滤氢元素的不同同位素来帮助清理核废料（Sieving hydrogen isotopes through two-dimensional crystals. Science, 2016, 351, 68-70）。

作为氢的同位素之一，氘被广泛应用于很多种分析性和化学跟踪技术。另外，核电站的运行也需要成千上万吨重水。而氢的另一种最重的同位素氚是具有放射性的，它作为一种核裂变发电的副产品，需要被安全地除去。未来的核聚变发电技术也需要将两种重的同位素原子融合在一起。目前生产重水的分离技术是极端耗能的，并且已经成为了一个重大的科学和工业难题。现在，石墨烯为有效解决这个问题带来了希望。

该团队的研究人员测试了氘核是否可以穿过石墨烯和它的姊妹材料氮化硼，他们本来预料氘核可以轻松地通过，因为现有的理论推断氢、氘这两种同位素的渗透性没有任何区别。

结果研究人员惊奇地发现，氘核不仅能被这种单原子厚的膜有效地筛选出来，而且具有很高的分离效率。此外，研究人员还发现，这种分离技术是完全可扩展的。使用化学气相淀积（CVD）的石墨烯，他们开发了厘米大小的设备，以有效地从氘和氢的混合物中泵出氢来。

“这的确是第一种可以在常温下分离亚原子粒子的膜，”该文的第一作者，英国曼彻斯特大学的Marcelo Lozada-Hidalgo博士说，“由于我们发现这是一个完全可扩展的技术，我们希望它会很快找到实际应用。”

“我们惊讶地看到膜可用于分离亚原子粒子，”这项研究的共同作者Irina Grigorieva教授也说，“这是一个非常简单的装置，我们希望看到它不仅应用于分析和化学追踪技术，而且用来帮助清理核废料中的放射性氚。”

1. http://www.sciencemag.org/content/351/6268/68

2. http://phys.org/news/2016-01-graphene-finest-filter.html