石墨烯或成清理核废料的完美利器

（原标题：石墨烯或成清理核废料的完美利器）

石墨烯结构示意图

1月6日，记者第一时间采访了中国科学院院士、北京大学化学与分子工程学院教授刘忠范博士、中国石墨烯产业技术创新战略联盟秘书长李义春博士，以及素有“中国石墨烯产业奠基人”之称的冯冠平教授为这一新的研究成果作出解读及点评。

石墨烯膜犹如一个筛子

在这项研究中，曼彻斯特大学的研究团队，采用石墨烯制膜滤出不同的氢同位素——氘和氚，大大简化重水的生产过程，并有助于清理核废料，有望制备节能、高效和价廉的理想过滤器。

对于氢核聚变而言，氢的同位素——氘（又称重氢）是用作热核反应的重要能源，在分析和化学追踪技术中也被广泛使用。氘的氧化物即重水，在铀核裂变中可做为减速剂，由此在核电站运行中需要成千上万吨重水。氚是氢最重的同位素，其原子含有1个质子和两个中子，具有放射性，在核裂变工厂作为发电副产品须被安全去除。未来核技术的发展将基于这两个重同位素的核聚变。

安德烈在论文中称，由石墨烯制成的薄膜可作为一个筛子，从氢的同位素氘较重的原子核中分离质子。

曼大研究人员测试了氘的原子核，可以通过石墨烯及其姊妹材料氮化硼的膜。虽然现有理论不能预测两个同位素的渗透有何差异，而他们充分预计出氘核可以轻松通过。

研究人员惊奇地发现，氘不仅能够被一个原子厚的膜有效筛选分离，而且这一过程效率很高。这一发现使得单层石墨烯和氮化硼，对丰富的氘和氚混合物充当分离膜很具吸引力。

有望成为理想的过滤器

目前，用于生产重水的分离技术需要相当多的能源消耗，并且在科学和工业上存在一些重大问题。而现在采用石墨烯有望使这一过程更有效率。

据物理学家组织网1月5日报道，采用这种石墨烯膜，可能意味着核电站生产重水的过程会减少10倍的能量消耗，而且过程更简化、花费更便宜。

此外，研究人员发现，这种分离是完全可升级的。他们利用化学气相沉积（CVD）的石墨烯，建立了厘米大小的设备从氘和氢混合物中有效泵出氢。

此论文的第一作者、曼大博士后研究员马塞洛洛萨达·伊达尔戈博士说：“这是首次证明在室温条件下区分亚原子粒子的第一膜。现在，我们发现它是一个完全可扩展的技术，希望能很快找到实际应用的方法。”

论文共同作者伊琳娜教授说，“我们惊讶地发现，一种膜可用于分离单独的亚原子粒子。建立这个设置非常简单，希望不仅在分析和化学示踪技术上看到这些过滤器的应用，还能有助于清理源自核废料中的放射性氚。”

中国业界专家如何点评

在看到外媒报道这一消息之后，中国石墨烯产业界一线专家学者纷纷热议，十分关注。科技日报记者就此进行了采访。

刘忠范院士在接受科技日报记者采访时，对此研究成果点评道：“非常有创意！人们已经知道只有质子能够穿透石墨烯，而现在进一步发现只有最轻的氢同位素质子能够穿过，这是一个新的发现，并可用在重水分离上，对于核废料的处理也将是更为节能高效的浓缩方法。尽管目前只是演示性的工作，但未来有着巨大商业化潜力。不过，实际的石墨烯和氮化硼并没有那么完美，有很多结构缺陷，大一点的东西也会穿过。这也许是未来在研究中需要努力突破的。”

李义春博士指出，“感觉这项研究和石墨烯海水淡化的原理差不多，利用了石墨烯的吸附和过滤特性，未来将是一个崭新的应用领域。”

曾任深圳清华大学研究院创始院长、江南石墨烯研究院名誉理事长的冯冠平教授说，“理论上这一研究能做到的话还是不错的，涉及到把石墨烯膜用于核废料处理上，把原来的生产重水流程大大简化。不过现在仅是论文阶段，未来能否在实际中发挥作用还有待观望。”