曼彻斯特大学的研究人员在石墨烯 - 膜中发现了一种新的令人兴奋的物理效应，可用于人工模拟光合作用的装置。

新的研究结果表明，当材料被阳光照射时，材料传导质子的速率就会增加。正如其命名的那样，“光子 - 质子”效应可用于设计能够直接收获太阳能以产生氢气的装置，氢气是一种很有前景的绿色燃料。它也可能对其他应用感兴趣，例如光诱导水分解，光催化和制造新型高效光电探测器。

为了找出光线如何影响渗透碳片的质子行为，该团队设计了原始的石墨烯膜，并在一侧用铂纳米粒子进行装饰。曼彻斯特的科学家们惊讶地发现，当用阳光照射时，这些膜的质子传导性增强了10倍。该团队认为“到目前为止，最有趣的应用是在基于这些膜的人工光合系统中产生氢气。”

Geim教授也很乐观：“这实际上是一个新的实验系统，质子，电子和光子都以原子级的体积包装在一起。我相信有很多新的物理学要被挖掘，新的应用将遵循。”

科学家们一直在研究如何通过模仿植物的光合作用直接利用太阳能来生产可再生燃料（如氢）。这些人造系统将需要具有非常复杂性能的膜 - 包括混合的质子 - 电子传导性，气体渗透性，机械强度和光学透明度。目前，研究人员使用质子和电子传导聚合物的混合物来制造这种结构，但这些需要一些重要的权衡，这可以通过使用石墨烯来避免。

研究人员使用电测量和质谱分析表明，他们测量的光响应性约为104 A / W，这意味着大约有5000个氢分子响应入射到膜上的每个太阳光子（光粒子）而形成。如果与现有光伏器件相比，这是一个很大的数字，其中仅需要数千个光子来产生单个氢分子。

“我们知道石墨烯可吸收所有频率的光，并且它也可以透过质子，但我们没有理由认为材料吸收的光子可以提高质子通过它的渗透率。” 一名团队成员说。“当我们意识到膜对光的敏感度比专门设计为光敏感的器件要高出许多数量级时，结果更令人惊讶。这类器件的例子包括商业光电二极管或由新型2D材料制成的器件。”

光电探测器通常会收光以产生电能，但石墨烯膜会产生电能，并产生氢气作为副产品。它们在微秒范围内响应光的速度比大多数商业光电二极管快。