日前，日本金澤大學(xué)、東北大學(xué)、大阪大學(xué)和筑波大學(xué)組成的聯(lián)合研究小組，從數(shù)學(xué)角度設(shè)計(jì)了由單層碳原子構(gòu)成的石墨烯邊緣構(gòu)造，并通過(guò)在石墨烯的邊緣結(jié)構(gòu)中化學(xué)摻雜氮(N)和磷(P)，有目的地形成了幾何變形。

在此基礎(chǔ)上，聯(lián)合研究小組計(jì)算發(fā)現(xiàn)，擁有化學(xué)摻雜邊緣結(jié)構(gòu)的石墨烯具有很高的氫生成能力，能大幅增強(qiáng)氫生成反應(yīng)，獲得的結(jié)果與使用高價(jià)貴金屬鉑接近，從而首次證實(shí)，非金屬元素的化學(xué)摻雜與特殊設(shè)計(jì)的石墨烯邊緣結(jié)構(gòu)，有助于提高電極的反應(yīng)性能。

石墨烯(Graphene)是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的二維碳納米材料。

石墨烯具有優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)特性，在材料學(xué)、微納加工、能源、生物醫(yī)學(xué)和藥物傳遞等方面具有重要的應(yīng)用前景，被認(rèn)為是一種未來(lái)革命性的材料。英國(guó)曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，用微機(jī)械剝離法成功從石墨中分離出石墨烯，因此共同獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

石墨烯常見(jiàn)的粉體生產(chǎn)的方法為機(jī)械剝離法、氧化還原法、SiC外延生長(zhǎng)法，薄膜生產(chǎn)方法為化學(xué)氣相沉積法(CVD)。2018年3月31日，中國(guó)首條全自動(dòng)量產(chǎn)石墨烯有機(jī)太陽(yáng)能光電子器件生產(chǎn)線在山東菏澤啟動(dòng)，該項(xiàng)目主要生產(chǎn)可在弱光下發(fā)電的石墨烯有機(jī)太陽(yáng)能電池(下稱石墨烯OPV)，破解了應(yīng)用局限、對(duì)角度敏感、不易造型這三大太陽(yáng)能發(fā)電難題。

隨著批量化生產(chǎn)以及大尺寸等難題的逐步突破，石墨烯的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用步伐正在加快，基于已有的研究成果，最先實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用的領(lǐng)域可能會(huì)是移動(dòng)設(shè)備、特種航天、新能源電池領(lǐng)域。

石墨烯對(duì)物理學(xué)基礎(chǔ)研究有著特殊意義，它使得一些此前只能在理論上進(jìn)行論證的量子效應(yīng)可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)經(jīng)行驗(yàn)證。在二維的石墨烯中，電子的質(zhì)量仿佛是不存在的，這種性質(zhì)使石墨烯成為了一種罕見(jiàn)的可用于研究相對(duì)論量子力學(xué)的凝聚態(tài)物質(zhì)--因?yàn)闊o(wú)質(zhì)量的粒子必須以光速運(yùn)動(dòng)，從而必須用相對(duì)論量子力學(xué)來(lái)描述，這為理論物理學(xué)家們提供了一個(gè)嶄新的研究方向:一些原來(lái)需要在巨型粒子加速器中進(jìn)行的試驗(yàn)，可以在小型實(shí)驗(yàn)室內(nèi)用石墨烯進(jìn)行。

零能隙的半導(dǎo)體主要是單層石墨烯，這種電子結(jié)構(gòu)會(huì)嚴(yán)重影響到氣體分子在其表面上的作用。單層石墨烯較體相石墨表面反應(yīng)活性增強(qiáng)的功能是由石墨烯的氫化反應(yīng)和氧化反應(yīng)結(jié)果顯示出來(lái)的，說(shuō)明石墨烯的電子結(jié)構(gòu)可以調(diào)變其表面的活性。另外，石墨烯的電子結(jié)構(gòu)可以通過(guò)氣體分子吸附的誘導(dǎo)而發(fā)生相應(yīng)的變化，其不但對(duì)載流子的濃度進(jìn)行改變，同時(shí)可以摻雜不同的石墨烯。

而在地球上和地球大氣中只存在極稀少的游離狀態(tài)氫。在地殼里，如果按質(zhì)量計(jì)算，氫只占總質(zhì)量的1%，而如果按原子百分?jǐn)?shù)計(jì)算，則占17%。氫在自然界中分布很廣，水便是氫的"倉(cāng)庫(kù)"--氫在水中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11%;泥土中約有1.5%的氫;石油、天然氣、動(dòng)植物體也含氫。在空氣中，氫氣倒不多，約占總體積的一千萬(wàn)分之五。在整個(gè)宇宙中，按原子百分?jǐn)?shù)來(lái)說(shuō)，氫卻是最多的元素。據(jù)研究，在太陽(yáng)的大氣中，按原子百分?jǐn)?shù)計(jì)算，氫占81.75%。在宇宙空間中，氫原子的數(shù)目比其他所有元素原子的總和約大100倍。

氫是一種能量密度很高的清潔可再生能源，但其特殊性質(zhì)導(dǎo)致難以常溫常壓儲(chǔ)存，泄漏后有爆炸危險(xiǎn)。若能突破儲(chǔ)存技術(shù)便可以廣泛用于各種動(dòng)力設(shè)備。中國(guó)利用特殊溶液大量吸收氫氣，一立方米可以吸收超過(guò)50公斤，平常可以穩(wěn)定儲(chǔ)存，加入催化劑便可釋放氫氣，儲(chǔ)氫材料可重復(fù)使用2000次。該技術(shù)國(guó)際領(lǐng)先，或引發(fā)氫能利用革命