Sciencemag.cz
Doporučujeme
Kromě vodivosti elektronové mohou proud vést i kladně nabité částice – a to nikoliv díry ve smyslu chybějících elektronů, ale i protony (vodíkové kationty). Příslušné procesy mají blízký vztah třeba k vodíkovým palivovým článkům.
Vodíkové kationty přitom mohou vést proud nejenom v roztocích. Již dříve se ukázalo, že dokáží procházet i přes 2D materiály (de facto membrány). Spoluobjevitel grafenu a nositel Nobelovy ceny za tento objev Andre Geim a Marcelo Lozada-Hidalgo z University of Manchester zjistili, grafen je pro protony propustný. Jenže to se týká opravdu pouze jednoatomové vrstvy; stačí vzít trochu jiný 2D materiál, sulfid molybdeničitý, a zkusit vrstvu o pouhých třech atomech, a protony neprocházejí vůbec.
Lucas Mogg opět z University of Manchester nyní jako první autor nově publikované studie ukázal, že výborných vodičem protonů je slída (skupina minerálů na bázi hlinitokřemičitanů). Materiál v tomto případě může být tlustý minimálně 10 atomů a vodivost je 100krát vyšší než u grafenu; slídu lze na tenké vrstvy „nařezávat“ poměrně snadno i prostým odlupováním, protože má strukturu/mechanické vlastnosti podobné grafitu. Jde o běžný a levný materiál.
Vodivost i tlustších vrstev slídy zřejmě vyplývá z toho, že ve struktuře tohoto materiálu existují kanálky, obsahující hydroxylové skupiny. Vodíkový kationt pak mezi nimi může přeskakovat, podobně jako se pohybuje ve vodě.
Navíc se ukazuje, že slída spolehlivě vede protony i při teplotách, když už grafen začíná selhávat – mezi 100 a 500 ºC. To je přitom ideální rozsah teplot pro provoz řady palivových článků i řady dalších technologií pracujících s vodíkem.
Slída je přitom jen příkladem, z hlediska vodivosti (nejen protonů, ale i jiných iontů) má rozhodně smysl zkoumat i další 2D materiály – ve smyslu velmi tenkých, ne nutně monoatomárních vrstev.
Atomically thin micas as proton-conducting membranes, Nature Nanotechnology (2019). DOI: 10.1038/s41565-019-0536-5 , https://nature.com/articles/s41565-019-0536-5
Zdroj: University of Manchester/Phys.org a další
