双门控石墨烯器件中质子传输和氢化的选择性控制
美国国家石墨烯研究所的研究人员取得了一项可能彻底改变能源利用和信息计算的发现。他们的研究发表在《自然》杂志上，揭示了电场效应如何选择性地加速石墨烯中的耦合电化学过程。
电化学过程在电池、燃料电池和电解器等可再生能源技术中至关重要。然而，它们的效率往往受到反应缓慢和不良副作用的阻碍。传统方法侧重于新材料，但仍存在重大挑战。
由马塞洛·洛萨达-伊达尔戈博士领导的曼彻斯特团队采用了一种新颖的方法。他们成功地将石墨烯电极中电荷和电场之间不可分割的联系分离，从而实现了对这种材料中电化学过程的前所未有的控制。这一突破挑战了之前的假设，为能源技术开辟了新途径。
Lozada-Hidalgo 博士认为这一发现具有变革性，并表示：“我们成功打开了一个以前无法进入的参数空间。一种直观的方法是想象一片有丘陵和山谷的乡村田野。传统上，对于给定的系统和给定的催化剂，电化学过程将通过该田野的既定路径进行。
“如果这条路要穿过一座高山或一个深谷——那就倒霉了。我们的工作表明，至少对于我们在这里研究的过程，我们可以进入整个领域。如果有一座我们不想去的山丘或山谷，我们可以避开它。”
该研究重点关注氢催化剂和电子设备中质子相关的基本过程。具体来说，研究小组研究了石墨烯中的两个质子过程：
质子传输：该过程对于开发新型氢催化剂和燃料电池膜非常重要。质子吸附（氢化）：对于晶体管等电子设备来说，该过程很重要，它可以打开和关闭石墨烯的导电性。传统上，这些过程在石墨烯器件中是耦合的，因此很难在不影响另一个过程的情况下控制其中一个过程。研究人员设法将这些过程分离，发现电场效应可以显著加速质子传输，同时独立驱动氢化。这种选择性加速是意料之外的，并提供了一种驱动电化学过程的新方法。
论文第一作者金城佟博士强调了其在能源应用方面的广泛影响，他说：“我们证明电场效应可以解开并加速二维晶体中的电化学过程。这可以与最先进的催化剂相结合，有效推动二氧化碳还原等复杂过程，这仍然是巨大的社会挑战。”
论文共同第一作者杨明福博士指出了石墨烯在计算领域的潜在应用，并表示：“控制这些过程使我们的石墨烯器件具有存储器和逻辑门的双重功能。这为使用质子运行的新计算网络铺平了道路。这可以实现紧凑、低能耗的模拟计算设备。”
