石墨烯膜在环境条件下具有同位素依赖的氢渗透性已被证明，但在过去的五年中一直在讨论其潜在机理。石墨烯膜报道的室温质子-氘-氢（H+-D+）选择性为10，远高于其它的竞争方法。然而，质子如何穿透石墨烯膜还尚未了解，人们提出的假设包括原子缺陷和局部氢化。但是，这都不能解释原子薄膜的高渗透性和高选择性。近日，莱比锡研究中心Thomas Heine等计算了石墨烯膜和最常见的石墨烯缺陷位点的质子及其同位素的流量，从理论上对该问题进行了理解。
本文要点：
1）作者研究发现，理想的石墨烯对质子是准不可渗透的，但sp2碳中最常见的缺陷，即Stone-Wales拓扑缺陷，在室温下的渗透势垒低于1 eV，H+-D+选择性为7，从而解释了迄今为止获得的关于石墨烯膜的所有实验结果。
2）关于局部氢化，作者认为它也降低了渗透屏障，但显示出较低的同位素选择性。
Yun An, et al. Stone–Wales Defects Cause High Proton Permeability and Isotope Selectivity of Single‐Layer Graphene. Adv. Mater., 2020
DOI: 10.1002/adma.202002442
