澳门大学孙鹏展等《自然·通讯》：新型单空位氧化钛二维质子交换膜

主要观点总结

本文介绍了新型二维质子传导材料——单空位氧化钛晶体的研究。该材料通过液相剥离法制备，具有理想的质子选择性、高质子传导率及出色的高温稳定性。研究还探讨了其制备过程中的孔隙形成机制及质子传导机制，并与其他二维材料进行了对比。该材料在燃料电池等氢基技术领域具有广泛应用前景。

关键观点总结

关键观点1: 新型二维质子传导材料

单空位氧化钛晶体作为新型二维质子传导材料，结合了高质子选择性、高质子传导率和出色的高温稳定性。

关键观点2: 制备方法及特性

该研究采用液相剥离法制备单空位氧化钛晶体，通过调控前驱体的化学成分精确控制孔隙率和表面电荷密度。

关键观点3: 高密度的埃米级单原子空位

单空位氧化钛晶体中的高密度的埃米级单原子空位是其实现理想质子选择性和高质子传导率的关键。

关键观点4: 高温稳定性

该材料在高温下仍能保持稳定的晶体和化学结构，可在约200℃左右的高温下获得100 S cm -2 的高传导率。

关键观点5: 应用前景

单空位氧化钛晶体在燃料电池等氢基技术领域具有广泛的应用前景，有望推动相关领域的技术发展。

文章预览

二维材料正越来越多地被应用于新型膜分离技术。不同于传统的三维材料，作为单原子厚度的薄膜，一旦以原子级精度在其基面内构建纳米甚至埃米尺度的孔道，就可以对气体、液体及各种感兴趣的离子进行超快速、高选择性的筛分。例如，完美的石墨烯晶体对于所有的原子和分子都是无法渗透的，即使是最小的原子氢，预计也需要数十亿年才能穿透石墨烯致密的电子云，唯独质子可以轻松穿过。除石墨烯以外，还有少数几种二维晶体（如单层六方氮化硼hBN）也被证明具有完美的质子选择性。这种新型的二维质子传导材料在燃料电池等氢基技术领域表现出巨大的应用潜力。美中不足的是，这些二维晶体的质子传导率依然很低，远无法满足工业领域的实际需求。此外，它们的环境稳定性也较差，无法在高温条件下长时间稳定工作。因此，开发兼具 高 ………………………………