High proton conductivity through angstrom-porous titania

质子 电导率 材料科学 单层 质子输运 化学物理 空位缺陷 离子 纳米技术 Atom(片上系统) 结晶学 化学 物理化学 物理 有机化学 量子力学 计算机科学 嵌入式系统
作者
Yu Ji,Guang‐Ping Hao,Yongtao Tan,Wenqi Xiong,Yu Liu,Wenzhe Zhou,Dai‐Ming Tang,Renzhi Ma,Shengjun Yuan,Takayoshi Sasaki,M. Lozada-Hidalgo,A. K. Geǐm,Pengzhan Sun
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1): 10546-10546 被引量:7
标识
DOI:10.1038/s41467-024-54544-z
摘要

Abstract Two dimensional (2D) crystals have attracted strong interest as a new class of proton-conducting materials that can block atoms, molecules and ions while allowing proton transport through the atomically thin basal planes. Although 2D materials exhibit this perfect selectivity, the reported proton conductivities have been relatively low. Here we show that vacancy-rich titania monolayers are highly permeable to protons while remaining impermeable to helium with proton conductivity exceeding 100 S cm −2 at 200 °C and surpassing targets set by industry roadmaps. The fast and selective proton transport is attributed to an extremely high density of titanium-atom vacancies (one per square nm), which effectively turns titania monolayers into angstrom-scale sieves. Our findings highlight the potential of 2D oxides as membrane materials for hydrogen-based technologies.
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