鎘空位使CdPS3納米片基薄膜實現高質子電導率

2020-12-08 科學網

鎘空位使CdPS3納米片基薄膜實現高質子電導率

作者：

小柯機器人

發布時間：2020/11/2 16:59:12

中國科學院瀋陽金屬研究所的任文才研究團隊發現了一種CdPS3納米片基薄膜，該薄膜通過鎘（Cd）空位實現了高質子電導率。這一研究成果發表於2020年10月30日出版的《科學》上。

該課題組報導了一種由二維過渡金屬三硫化磷納米片組成的薄膜，其中過渡金屬的空位使材料具有異常高的離子電導率。Cd0.85PS3Li0.15H0.15膜在90 °C、98%的相對溼度下表現出約0.95 S/cm、以質子傳導為主的導電性。這種性能主要源自豐富的質子給體中心、容易的質子解吸和鎘空位誘導的良好的水合作用。該課題組還在Cd0.85PS3Li0.3和Mn0.77PS3Li0.46膜中觀察到超高的鋰離子電導率。

據悉，溼潤條件下納米孔道中的質子傳輸對於能量存儲和轉換方面的應用至關重要，但包括Nafion膜在內的現有材料電導率最高僅0.2 S/cm。

附：英文原文

Title: CdPS3 nanosheets-based membrane with high proton conductivity enabled by Cd vacancies

Author: Xitang Qian, Long Chen, Lichang Yin, Zhibo Liu, Songfeng Pei, Fan Li, Guangjin Hou, Shuangming Chen, Li Song, Khalid Hussain Thebo, Hui-Ming Cheng, Wencai Ren

Issue&Volume: 2020/10/30

Abstract: Proton transport in nanochannels under humid conditions is crucial for the application in energy storage and conversion. However, existing materials, including Nafion, suffer from limited conductivity of up to 0.2 siemens per centimeter. We report a class of membranes assembled with two-dimensional transition-metal phosphorus trichalcogenide nanosheets, in which the transition-metal vacancies enable exceptionally high ion conductivity. A Cd0.85PS3Li0.15H0.15 membrane exhibits a proton conduction dominant conductivity of ~0.95 siemens per centimeter at 90° Celsius and 98% relative humidity. This performance mainly originates from the abundant proton donor centers, easy proton desorption, and excellent hydration of the membranes induced by cadmium vacancies. We also observed superhigh lithium ion conductivity in Cd0.85PS3Li0.3 and Mn0.77PS3Li0.46 membranes.

DOI: 10.1126/science.abb9704

Source: https://science.sciencemag.org/content/370/6516/596

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