Слюда толщиной в один атом может быть отличным протонным проводником, который можно использовать в качестве двумерного материала в топливных элементах и других водородных технологиях.
Ранее команда ученых из Университета Манчестера открыла, что 2D-материалы вроде графена крайне проницаемы для протонов — ядер атомов водорода. При этом, впрочем, выяснилось, что другие двумерные материалы, такие как сульфид молибдена, толщиной всего три атома, полностью для протонов непроницаемы.
В своем новейшем исследовании ученые показали, что протоны способны легко проникать сквозь тонкие слои слюды несмотря на то, что они в десять раз толще графена.
Слюда, как и графит, состоит из кристаллических слоев, которые можно отделять один от другого. Ученые изолировали один из таких слоев и увидели, что он в 100 раз более проницаем для протонов, чем графен, пишет Phys.org.
На первый взгляд, результат кажется невозможным, потому что слюда намного толще слоя сульфида молибдена, который полностью непроницаем для протонов. Однако в кристаллах слюды есть трубчатые каналы, которые заполнены гидроксильными группами, которые напоминают проводящие протоны одномерные цепи в воде. Протоны прыгают вдоль этих цепей, превращая материал в превосходный проводник.
Кроме того, исследование показало, что слюда становится особенно проводящей в температурном режиме, недоступном для других родственных технологий.
«Существует дефицит проводящих протон материалов, которые могут надежно работать при температуре между 100 °C и 500 °C. Однако, это самый привлекательный диапазон для оптимальной работы топливных элементов и других водородных технологий. Слюда толщиной в один атом отлично показала себя в этих температурах», — подчеркнул Марцело Лозада-Идальго, один из исследователей.
Теперь ученые работают над созданием прототипа мембраны из слюды, чтобы ее можно было протестировать в промышленных условиях.
Journal information