研究表明石墨烯中的质子传输对于可再生能源有希望。曼彻斯特大学的研究人员发现了石墨烯中的另一个新的、意料之外的物理效应，即膜可以用于人工模拟光合作用的设备。新的发现表明，当石墨烯仅被阳光照射时，材料传导质子的速率会提高。这种被称为“光质子效应”的效果可以被利用设计出能够直接利用太阳能生产氢气的设备，这是一种有潜力的绿色燃料。这种效应还可能应用于其他领域，如光诱导的水分解、光催化和制造新型高效光电探测器等方面。石墨烯是一种仅一原子厚的碳原子薄片，具有许多独特的物理和机械性质。它是优秀的电子导体，能吸收各种波长的光线。研究人员最近发现，它对热质子（氢原子核）也是可渗透的，这意味着它可能被用作在不同技术应用中导电的膜。为了了解光线如何影响穿过碳薄片的质子行为，由Marcelo Lozada-Hidalgo博士和安德烈•盖姆爵士领导的团队制造了原始石墨烯膜，并在其一侧点缀铂纳米粒子。曼彻斯特的科学家们惊讶地发现，当这些膜被阳光照射时，它们的质子导电性提高了10倍。Lozada-Hidalgo博士表示：“到目前为止，最有趣的应用是基于这些膜的人工光合系统产生氢气。”盖姆教授也持乐观态度：“这本质上是一个新的实验系统，其中质子、电子和光子都被装在一个原子厚的体积中。我相信还有很多新的物理现象将被发现，并将产生新的应用。”世界各地的科学家们正忙着研究如何通过模拟植物光合作用直接利用太阳能生产可再生燃料（如氢气）。这些人造“叶”将需要具有非常复杂性质的膜，包括混合质子-电子导电、气体渗透性、机械强度和光学透明性。目前，研究人员使用混合质子和电子导电聚合物制造这些结构，但这些需要做出一些重要的权衡，而这些权衡可以通过使用石墨烯来避免。研究人员通过电学测量和质谱法发现，他们测量了约为10 4 A/W的光响应，这意味着每个照射到膜上的太阳光子（光子）产生约5000个氢分子。与目前的光伏设备相比，这是一个巨大的数字，目前的光伏设备需要数千个光子才能产生一个氢分子。Lozada-Hidalgo表示：“我们知道石墨烯能够吸收所有频率的光线，也能够渗透质子，但我们没有理由预期材料吸收的光子能够增强质子穿过材料的渗透率。”光电探测器通常通过光线产生电力，但石墨烯膜既产生电力，又作为副产品产生氢气。它们对光的响应速度在微秒范围内比大多数商业光电二极管更快。这项研究的作者承认来自劳氏注册基金会、EPSRC（EP/N010345/1）、欧洲研究理事会ARTIMATTER项目（ERC-2012-ADG）和石墨烯旗舰项目的支持。Marcelo Lozada-Hidalgo获得了Leverhulme Early Career Fellowship。
