开拓可再生能源的未来：与马塞洛-洛萨达-伊达尔戈博士的精辟对话

近年来，纳米材料领域吸引了全世界的科学家，尤其是在寻求可再生能源解决方案方面。物理学家马塞洛-洛萨达-伊达尔戈（Marcelo Lozada-Hidalgo）博士是这项开创性研究的核心人物，他对石墨烯基薄膜的研究正在推动能源转换和存储技术的发展。

马塞洛在基于石墨烯的半导体和双功能存储-逻辑开关方面的研究成果最近入选了《物理世界》2024 年年度十大突破。

从墨西哥到曼彻斯特好奇心驱动的旅程

洛萨达-伊达尔戈博士的学术之旅始于墨西哥，在那里的一堂经典力学本科课上，他对物理学的精确性和美学产生了浓厚的兴趣。”我的父亲是一位物理学家，因此科学一直伴随着我。不过，我最初并没有打算追随他的脚步。直到上完大学的一堂经典力学课后，我才体会到物理学可以如此精确地描述世界，这种魅力一直伴随着我，”他回忆道。

对了解自然基本规律的热情促使他攻读物理学硕士学位，随后在曼彻斯特大学攻读物理学博士学位，师从诺贝尔奖获得者安德烈-盖姆爵士教授。”我听说墨西哥举办了一个全国性的奖学金竞赛，希望能与安德烈-盖姆一起工作。我申请了，这是我做过的最正确的决定之一。

石墨烯研究的最前沿

石墨烯通常被誉为 “神奇材料”，它是由碳原子组成的单层二维蜂窝状晶格。石墨烯的强度惊人，但重量很轻，并具有出色的导电性和导热性。这些特性使石墨烯成为人们热衷研究的对象，尤其是在能源、电子和材料科学领域的应用。

马塞洛的研究重点是利用基于石墨烯的薄膜在原子尺度上过滤离子和气体。”我们分离出的晶体只有一个或几个原子厚，但面积可以达到微米甚至厘米。我们利用这些晶格中原子间的微小空间来筛除离子和气体。他解释说：”这就像制造最精细的筛子，使我们能够实现传统膜难以实现甚至不可能实现的选择性水平。这种原子级的精确控制实现了氢同位素的分离，而这一过程对于核能和燃料电池的应用至关重要。

转变可再生能源技术

马塞洛的工作最令人兴奋的一点是它对可再生能源技术的潜在影响。在如此微小的尺度上，电解或电池等技术的基本过程会有不同的表现。”我们的工作涉及巨大的电场，每纳米大约为伏特。他指出：”在这些条件下，我们发现一些与能源转换有关的过程可以被大大加速，而不需要昂贵的金属催化剂，传统上催化剂是用来加速这些反应的。

这一发现可能会带来更高效、更具成本效益的能源生产和储存方法，这在全球转向绿色能源的过程中至关重要。这项研究的意义不仅限于能源，还可能应用于水净化、医疗诊断等领域。

曼彻斯特的优势

当被问及在曼彻斯特大学工作对他的研究有何影响时，马塞洛强调了曼彻斯特大学独特的生态系统。”曼彻斯特是做我们工作的最佳地点之一，甚至是最好的地点之一。这里有一个健康的研究人员社区，他们都在从事互补性项目，这里的设施也非常出色。曼彻斯特也是一个非常适合居住的城市，这对我和我的团队都有好处，”他说。

事实上，曼彻斯特已成为全球石墨烯研究中心，这在一定程度上要归功于安德烈-盖姆（Andre Geim）爵士教授和康斯坦丁-诺沃肖洛夫（Konstantin Novoselov）爵士教授等科学家的开拓性工作，他们于 2004 年首次分离出石墨烯。位于曼彻斯特的国家石墨烯研究所和石墨烯工程创新中心将继续推动这一领域的创新。

实验室之外的生活

在实验室之外，马塞洛非常享受曼彻斯特充满活力的生活。”这座城市足够大，有很多事情可做，但又不会大到让人感觉喘不过气来。这里文化氛围浓厚，有各种活动、夜生活、博物馆和咖啡馆。此外，附近的山顶区和湖区也非常适合户外活动。

最近，他工作之外的时间被他刚出生的女儿愉快地支配着，女儿给他的生活带来了新的视角。”这些天，我的大部分空闲时间都花在了我的宝贝女儿身上–她已经十个月大了，让我们忙得不可开交！他还说：”我还喜欢去当地公园参加 Bootcamp 健身班，如果天气允许，我们还喜欢在国民托管物业或山峰区进行户外散步。

展望未来

随着 Lozada-Hidalgo 博士研究工作的不断深入，他的研究成果将有广阔的应用前景。从彻底改变能源存储到创造更可持续的技术，他在纳米材料领域的贡献正在为更可持续的未来铺平道路。”我们对石墨烯和其他二维材料可能的应用还只是肤浅的了解。未来令人激动”，他总结道。

您可以在这里阅读 Lozada-Hidalgo 博士最近关于电场效应如何选择性地加速石墨烯中耦合电化学过程的研究论文： https://www.manchester.ac.uk/about/news/electric-fields-catalyse-graphenes-energy-and-computing-prospects/

英国国家石墨烯研究院（NGI）是世界领先的石墨烯和二维材料中心，专注于基础研究。曼彻斯特大学是安德烈-盖姆（Andre Geim）爵士和康斯坦丁-诺沃肖洛夫（Konstantin Novoselov）爵士于 2004 年首次分离出石墨烯的地方。与这些专业知识相匹配的是 1300 万英镑的尖端设施，如全球学术界最大的 5 级和 6 级洁净室，这使得 NGI 有能力推进关键领域的基础工业应用，包括：复合材料、功能膜、能源、绿色氢膜、超高真空二维材料、纳米医学、基于二维的印刷电子学和表征。