佛罗里达大学AM：钒氧化还原液流电池中的质子选择性纳米多孔原子薄石墨烯膜！

原子薄2D材料中的埃级质子选择性孔为推进质子交换膜（PEMs）提供了全新机遇。用于电网规模储能的钒氧化还原液流电池（VRFB）需要具有高面积质子传导率（>1 S cm⁻²）和最小钒离子（VO²⁺）交叉的质子交换膜。然而，Nafion 212膜（N212≈50µm厚）存在持续的VO²⁺交叉，降低了性能和效率。近日，佛罗里达大学Piran R. Kidambi报道了一种分层PEM，包括单层CVD石墨烯，通过Ar等离子体引入埃级质子选择性孔，与超薄≈300 nm聚苯并咪唑（PBI）层集成，夹在两个Nafion 211（25µm厚）层之间。

本文要点：

1) 分层结构通过减少缺陷来促进可扩展的膜合成，同时石墨烯层的加工和简单堆叠允许随机非选择性缺陷隔离，从而实现极低的VO²⁺交叉，质子导率>8 S cm⁻²。基于电阻输运模型支持的系统输运实验阐明了缺陷尺寸、缺陷隔离和密封以及分层/堆叠的作用，以实现几个数量级（>671×N212）的提高，以及面积质子电导率>8 S cm⁻²。

2) 该工作强调了二维材料中原子级质子选择性缺陷工程的潜力，以及材料的简单堆叠和分层，作为可扩展、高性能PEMs在VRFB之外的能源、电化学和分离应用中的发展策略。

参考文献：

Pavan Chaturvedi et.al Proton Selective Nanoporous Atomically Thin Graphene Membranes for Vanadium Redox Flow Batteries Adv. Mater. 2025

DOI: 10.1002/adma.202510609

https://doi.org/10.1002/adma.202510609