grafen, ogenomtränglig för alla gaser och vätskor, kan enkelt låta protoner passera genom den, University of Manchester forskare har hittat.

Publicerad i tidskriften Natur , Upptäckten kan revolutionera bränsleceller och andra vätebaserade teknologier eftersom de kräver en barriär som bara tillåter protoner - väteatomer som tagits bort från deras elektroner - att passera igenom.

Dessutom, grafenmembran kan användas för att sila vätgas ur atmosfären, där det finns i små mängder, skapa möjligheten för elektriska generatorer som drivs med luft.

Enatoms tjockt material grafen, isolerades och utforskades först 2004 av ett team vid University of Manchester, är känt för sina barriäregenskaper, som har ett antal användningsområden i applikationer som korrosionsbeständiga beläggningar och ogenomträngliga förpackningar.

Till exempel, det skulle ta universums livstid för väte, den minsta av alla atomer, att genomborra ett grafenmonoskikt.

Nu testade en grupp ledd av Sir Andre Geim om protoner också stöts bort av grafen. De förväntade sig fullt ut att protoner skulle blockeras, som existerande teori förutspådde lika lite protonpermeation som för väte.

Trots den pessimistiska prognosen, forskarna fann att protoner passerar genom de ultratunna kristallerna förvånansvärt lätt, speciellt vid förhöjda temperaturer och om filmerna var täckta med katalytiska nanopartiklar som platina.

Upptäckten gör monolager av grafen, och dess systermaterial bornitrid, attraktiv för möjlig användning som protonledande membran, som är kärnan i modern bränslecellsteknik. Bränsleceller använder syre och väte som bränsle och omvandlar den ingående kemiska energin direkt till elektricitet. Utan membran som tillåter ett exklusivt flöde av protoner men hindrar andra arter att passera, denna teknik skulle inte existera.

Trots att de är väletablerade, bränslecellsteknik kräver ytterligare förbättringar för att göra den mer allmänt använd. Ett av de stora problemen är en bränsleövergång genom de befintliga protonmembranen, vilket minskar deras effektivitet och hållbarhet.

University of Manchester forskning tyder på att användningen av grafen eller monolager bornitrid kan tillåta de befintliga membranen att bli tunnare och mer effektiva, med mindre bränsleövergång och förgiftning. Detta kan öka konkurrenskraften för bränsleceller.

Manchester-gruppen visade också att deras enatomtjocka membran kan användas för att extrahera väte från en fuktig atmosfär. De antar att sådan skörd kan kombineras med bränsleceller för att skapa en mobil elektrisk generator som bara drivs av väte som finns i luften.

Marcelo Lozada-Hidalgo, en doktorand och motsvarande författare till denna uppsats, sa:"När du vet hur det ska fungera, det är en väldigt enkel installation. Du lägger en väteinnehållande gas på ena sidan, applicera liten elektrisk ström och samla rent väte på andra sidan. Detta väte kan sedan brännas i en bränslecell.

"Vi arbetade med små membran, och det uppnådda flödet av väte är naturligtvis mycket litet än så länge. Men detta är det första stadiet av upptäckten, och tidningen är att göra experter medvetna om de befintliga utsikterna. Att bygga upp och testa vätgasskördare kommer att kräva mycket ytterligare ansträngningar."

Dr Sheng Hu, en postdoktor och den första författaren i detta arbete, tillade:"Det ser extremt enkelt och lika lovande ut. Eftersom grafen idag kan tillverkas i kvadratmeter ark, vi hoppas att den ska hitta sin väg till kommersiella bränsleceller förr snarare än senare”.