Материалы атомарной толщины могут стать протонными мембранами для зеленых технологий

Москва, 10:33, 03 Сен 2019, редакция FTimes.ru, автор Евгения Ковалева.

Исследователи из Манчестерского университета обнаружили, что слюда атомарной толщины – идеальный проводник протонов. Это делает минерал перспективным материалом для топливных элементов, других водородных систем.

Ранее команда, возглавляемая профессором Андре Геймом и доктором Марсело Лозадой-Идальго, выяснила, что одноатомные материалы, вроде графена, хорошо пропускают протоны. При этом сульфид молибдена (MoS2) и другие двухмерные структуры блокировали почти все частицы. Результаты предполагали, что только кристаллы атомарной толщины пропускают протоны. Новое исследование показало, что частицы легко проходят через многослойную слюду, хотя она в 10 раз толще графена, сообщает phys.org. Его выводы опубликованы в Nature Nanotechnology.

Слюда, как графит, состоит из нескольких кристаллических слоев. Команда изолировала один, обнаружив, что его протонная проницаемость в 100 раз больше, чем у графена.

Результаты кажутся невозможными из-за большой толщины материала. Но слюду можно сравнить с кристаллической плитой, пронизанной трубчатыми каналами. Они заполнены гидроксильными группами, действующими в воде как протон-проводящие одномерные цепи.

«Мы выяснили, что слюда атомарной толщины в 10-100 раз превосходит графен. Это – воодушевляющие результаты. Графен уже зарекомендовал себя хорошим протонным проводником. Мы показали, что слюда, недорогой и доступный материал, еще лучше справляется с задачей», — сказал первый автор работы, докторант Лукас Могг.

Результаты предполагают, что и другие двумерные материалы способны проводить протоны.

«Изучая кристаллы с атомарными каналами, можно обнаружить неожиданные явления, подходящие для протонных и ионных проводников», — сказал Гейм.

Ученые также выяснили, что эффективность слюды увеличивается в температурном диапазоне, ранее недостижимом для таких технологий – 100-500°С. Это – оптимальные параметры для ТЭ, других водородных систем. Сейчас исследователи создают прототип слюдяной мембраны, пригодный для испытаний в промышленных условиях.