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    原子級薄的礦物質作為綠色技術的質子傳導膜顯示出前景

    曼徹斯特大學的研究人員發現,原子級薄的云母 - 在土壤中發現的一種常見礦物的名稱 - 是優秀的質子導體。這種令人驚訝的結果對于在諸如燃料電池和其他氫相關技術的應用中使用2-D材料是重要的。

    此前,由Andre Geim教授和Marcelo Lozada-Hidalgo博士領導的曼徹斯特研究人員發現像石墨烯這樣的單原子厚材料對質子,氫原子核具有高度滲透性。然而,他們還發現其他二維材料,如硫化鉬(MoS2),只有三個原子厚,對質子是完全不可滲透的。這些結果表明只有一個原子厚的晶體可以透過質子。

    在自然納米技術中寫道,該團隊已經證明質子很容易透過幾層云母,盡管它們比石墨烯厚10倍。像石墨一樣,云母由彼此堆疊的晶體層組成,可以切成單層。該團隊分離出其中一層,發現它的質子滲透率是石墨烯的100倍。

    乍一看,這個結果似乎不可能,因為云母太厚,質子不能滲透 - 它們比質子完全不透的單層MoS 2厚得多。然而,云母可以被認為是由管狀通道刺穿的水晶板。這些通道不是空的,而是填充有羥基,其類似于水中的質子傳導的一維鏈。質子沿著這些鏈跳躍,將材料轉變為優質的質子導體。

    盧卡斯莫格博士 該項目的學生和該論文的第一作者說:“我們發現原子級薄云母中的質子傳導率比石墨烯高10到100倍。這是令人鼓舞的,因為石墨烯已經被認為是一種有前景的質子傳導材料。我們的研究結果表明,云母可能更有前景 - 尤其是因為它們豐富且價格低廉。“

    Andre Geim教授說:“結果還暗示許多其他二維材料可以轉化為質子導體。我們的策略不僅限于質子或云母。更多的二維晶體具有類似于云母的原子級通道可以探索,希望在質子和離子導體領域帶來意想不到的現象和新的應用。“

    研究人員還發現,云母在相關技術眾所周知的溫度范圍內變得特別具有高導電性。

    Marcelo Lozada-Hidalgo博士說:“缺乏可在100°C和500°C之間可靠運行的質子傳導材料。然而,這是燃料電池和其他氫技術優化運行的最佳點溫范圍。在這個溫度范圍內,原子級薄的云母工作得相當好 - 從這個角度來看,它們值得關注。“

    此外,研究人員表示他們正在研究制造一種足以在工業條件下進行測試的云母原型膜。他們也對這項研究在基礎研究方面開放的可能性持樂觀態度。這項工作表明,二維離子導體領域具有很大的前景,因為其他晶體可以轉化為離子和質子導體。

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