Interstitial proton transport through defective MXenes

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作者
Archith Rayabharam,N. R. Aluru
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:120 (21) 被引量:4
标识
DOI:10.1063/5.0098709
摘要

Proton transport across nanometer-thick membranes in an aqueous medium is important for applications in energy and molecular sieving. Recently, Hu et al. [Nature 516(7530), 227–230 (2014)] experimentally demonstrated proton tunneling through 2D materials like graphene and hexagonal boron nitride, opening up a wide range of applications in hydrogen-based technologies such as fuel cells. Here, we demonstrate proton transport in an aqueous medium across a 2D cubic Ti2C membrane, a representative defective MXene, from ab initio molecular dynamics simulations. We observe bidirectional translocation of protons, which occurs through the interstitial vacancies in the surface. We show from our simulations that water dissociates on the membrane and the dissociated proton moves into the interstitial sites in the membrane. The proton hops from interstitial-to-interstitial and transports across the membrane. We also show that this interstitial proton transport is associated with an induced electric field that is modulated with bidirectional transport of protons across the membrane.
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