研究透视：曼大-双栅石墨烯​ | Nature

石墨烯的基面basal plane，可以起到选择性屏障的作用，从而对质子是可渗透的，但对所有离子和气体是不可渗透的，这促进了石墨烯在例如膜、催化和同位素分离等应用中的使用。

质子Protons可以化学吸附在石墨烯上，并使质子氢化，从而诱导导体-绝缘体转变，这种转变已在石墨烯电子器件中，得以深入研究。

然而，这两种方法，都面临能量壁垒，并且已经提出了各种策略，以加速质子传输，例如通过引入空位，结合催化金属或化学官能化晶格等。但是这些技术，会触及其他材料性质，例如离子选择性或力学稳定性。

今日， 英国 曼彻斯特大学（The University of Manchester）J. Tong, Y. Fu，M. Lozada-Hidalgo等，在Nature上发文，报道了在双栅double-gated石墨烯中，电场E（约 1 V nm−1）和电荷载流子密度n（约1×10E14cm-2）的独立控制，实现了质子传输与晶格氢化解耦，从而可以加速质子传输，这接近器件的极限电解质电流。

质子传输和氢化过程，可有选择地精确和稳健地驱动，使基于质子的逻辑和存储石墨烯设备，具有跨越数量级的开关比率。

研究表明，场效应可以加速和解耦双栅二维晶体中的电化学过程，并展示了将这些过程映射为电场E 和电荷载流子密度n函数的可能性，这是一种新技术，用以研究二维电极-电解质界面。

Control of proton transport and hydrogenation in double-gated graphene.
双栅石墨烯中，质子传输和氢化的控制。

图1:双栅石墨烯器件中，质子传输和氢化的选择性控制。

图2:双栅石墨烯中，独立控制电场E和电荷载流子密度n的质子和电子传输。

图3:在双栅石墨烯中，质子传输和氢化的鲁棒和精确切换，使得基于质子的逻辑和存储器件成为可能。

文献链接

Tong, J., Fu, Y., Domaretskiy, D. et al. Control of proton transport and hydrogenation in double-gated graphene. Nature 630, 619–624 (2024).

https://doi.org/10.1038/s41586-024-07435-8

https://www.nature.com/articles/s41586-024-07435-8

本文译自Nature。