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第一作者：J. Tong，Y. Fu

通訊作者：J. Tong，M. Lozada-Hidalgo

通訊單位：曼徹斯特大學

M. Lozada-Hidalgo，曼徹斯特大學高級講師，英國皇家學會大學研究員。

論文速覽

石墨烯作為選擇性屏障具有較大應用潛力，特別是在質子傳輸和加氫方面上的獨特性質。石墨烯基面可以作為對質子具有選擇性的屏障，對離子和氣體則不透過，擴大了在膜、催化和同位素分離等領域的應用。

質子可以化學吸附在石墨烯上，并誘導導體-絕緣體轉變，這一過程在石墨烯電子器件中進行了深入研究。然而，這些過程面臨能量障礙，研究者提出了引入空位、結合催化金屬或化學官能化晶格等多種策略來加速質子傳輸。

本研究展示了通過雙門控石墨烯，可以獨立控制電場和電荷載流子密度，從而加速質子傳輸并實現對質子傳輸和晶格加氫的獨立控制。

圖文導讀

圖1：雙門控石墨烯設備的選擇性控制質子傳輸和加氫。

圖2：雙門控石墨烯中質子和電子傳輸的獨立控制。

圖3：雙門控石墨烯在邏輯和存儲應用中的精確和穩健的質子傳輸和加氫控制。

總結展望

本研究的亮點在于通過雙門控技術實現了對石墨烯中質子傳輸和加氫的精確控制。研究結果表明，通過調節電場和電荷載流子密度，可以加速質子傳輸至接近設備的電解液電流極限，并且能夠精確且穩健地驅動質子傳輸和加氫過程。

這項工作不僅為石墨烯基的邏輯和存儲器件的開發提供了新的可能性，而且為研究二維電極-電解液界面的電化學過程提供了新的技術手段。論文中的數據支持了場效應可以加速并解耦電化學過程的觀點，為二維晶體的電化學研究擴展了參數空間。

文獻信息

標題：Control of proton transport and hydrogenation in double-gated graphene

期刊：Nature

DOI：10.1038/s41586-024-07435-8

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