約兩個(gè)月前，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者、英國(guó)曼徹斯特大學(xué)教授安德烈·海姆在接受科技日?qǐng)?bào)記者獨(dú)家專訪時(shí)透露，為避免與很多人的研究擠在一起，他正在尋找目前石墨烯研究尚未涉及的新領(lǐng)域。新年伊始，翻看最新一期《科學(xué)》雜志刊載的論文，撲面而來(lái)是由海姆帶領(lǐng)的曼徹斯特大學(xué)一支研究團(tuán)隊(duì)在石墨烯應(yīng)用方面的新探索——有關(guān)“石墨烯簡(jiǎn)化生產(chǎn)重水并有助清理核廢料”的消息。

曼徹斯特大學(xué)諾貝爾獎(jiǎng)得主安德烈爵士領(lǐng)導(dǎo)的研究小組發(fā)現(xiàn)，石墨烯膜從功能上說(shuō)類似于一個(gè)篩子，可以分離氫核(質(zhì)子)和比較重的氫同位素氘核?！犊茖W(xué)》雜志及曼徹斯特大學(xué)官網(wǎng)刊登的論文稱，核工業(yè)界使用石墨烯作為過(guò)濾器將在成本控制、核廢物清理等領(lǐng)域發(fā)揮重大影響，“石墨烯可以簡(jiǎn)化重水生產(chǎn)工藝，并通過(guò)過(guò)濾氫的同位素以清理核廢料”。

根據(jù)曼徹斯特大學(xué)透漏出來(lái)的更為詳細(xì)的結(jié)論，這意味著相比傳統(tǒng)方法，特種生產(chǎn)重水的能源密度程度、生產(chǎn)程序和成本都將降至原來(lái)的十分之一，而“現(xiàn)有的分離技術(shù)還會(huì)造成重大的科學(xué)和工業(yè)問(wèn)題”。

2010年，瑞典皇家科學(xué)院授予安德烈爵士以及曼徹斯特大學(xué)的KonstantinNovoselov諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，以表彰他們“關(guān)于二維石墨烯材料方面的突破性實(shí)驗(yàn)”。

石墨烯膜猶如一個(gè)篩子

在這項(xiàng)研究中，曼徹斯特大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)，采用石墨烯制膜濾出不同的氫同位素——氘和氚，大大簡(jiǎn)化重水的生產(chǎn)過(guò)程，并有助于清理核廢料，有望制備節(jié)能、高效和價(jià)廉的理想過(guò)濾器。

對(duì)于氫核聚變而言，氫的同位素——氘(又稱重氫)是用作熱核反應(yīng)的重要能源，在分析和化學(xué)追蹤技術(shù)中也被廣泛使用。氘的氧化物即重水，在鈾核裂變中可做為減速劑，由此在特種運(yùn)行中需要成千上萬(wàn)噸重水。氚是氫最重的同位素，其原子含有1個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子，具有放射性，在核裂變工廠作為發(fā)電副產(chǎn)品須被安全去除。未來(lái)核技術(shù)的發(fā)展將基于這兩個(gè)重同位素的核聚變。

安德烈在論文中稱，由石墨烯制成的薄膜可作為一個(gè)篩子，從氫的同位素氘較重的原子核中分離質(zhì)子。

曼大研究人員測(cè)試了氘的原子核，可以通過(guò)石墨烯及其姊妹材料氮化硼的膜。雖然現(xiàn)有理論不能預(yù)測(cè)兩個(gè)同位素的滲透有何差異，而他們充分預(yù)計(jì)出氘核可以輕松通過(guò)。

研究人員驚奇地發(fā)現(xiàn)，氘不僅能夠被一個(gè)原子厚的膜有效篩選分離，而且這一過(guò)程效率很高。這一發(fā)現(xiàn)使得單層石墨烯和氮化硼，對(duì)豐富的氘和氚混合物充當(dāng)分離膜很具吸引力。

中國(guó)業(yè)界專家如何點(diǎn)評(píng)

在看到外媒報(bào)道這一消息之后，中國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)界一線專家學(xué)者紛紛熱議，十分關(guān)注?？萍既?qǐng)?bào)記者就此進(jìn)行了采訪。

劉忠范院士在接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)，對(duì)此研究成果點(diǎn)評(píng)道：“非常有創(chuàng)意!人們已經(jīng)知道只有質(zhì)子能夠穿透石墨烯，而現(xiàn)在進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)只有最輕的氫同位素質(zhì)子能夠穿過(guò)，這是一個(gè)新的發(fā)現(xiàn)，并可用在重水分離上，對(duì)于核廢料的處理也將是更為節(jié)能高效的濃縮方法。盡管目前只是演示性的工作，但未來(lái)有著巨大商業(yè)化潛力。不過(guò)，實(shí)際的石墨烯和氮化硼并沒有那么完美，有很多結(jié)構(gòu)缺陷，大一點(diǎn)的東西也會(huì)穿過(guò)。這也許是未來(lái)在研究中需要努力突破的?！?br/>
李義春博士指出，“感覺這項(xiàng)研究和石墨烯海水淡化的原理差不多，利用了石墨烯的吸附和過(guò)濾特性，未來(lái)將是一個(gè)嶄新的應(yīng)用領(lǐng)域?！?br/>
曾任深圳清華大學(xué)研究院創(chuàng)始院長(zhǎng)、江南石墨烯研究院名譽(yù)理事長(zhǎng)的馮冠平教授說(shuō)，“理論上這一研究能做到的話還是不錯(cuò)的，涉及到把石墨烯膜用于核廢料處理上，把原來(lái)的生產(chǎn)重水流程大大簡(jiǎn)化。不過(guò)現(xiàn)在僅是論文階段，未來(lái)能否在實(shí)際中發(fā)揮作用還有待觀望?！?/p>