中國網(wǎng)/中國發(fā)展門戶網(wǎng)訊 近日，中國科學(xué)院金屬研究所沈陽材料科學(xué)國家研究中心任文才、成會明團隊制備出一類由二維過渡金屬磷硫化物（MPX₃，其中M = Cd、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Cr等，X = S或Se）納米片組裝而成的膜，發(fā)現(xiàn)其過渡金屬空位使該類薄膜具有超快的離子傳輸性能。10月30日，國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》（SCIENCE）以 “Cd空位誘導(dǎo)的高質(zhì)子傳導(dǎo)率的CdPS₃納米片薄膜”為題發(fā)表相關(guān)成果。

納米孔道中的離子傳輸對能量存儲和轉(zhuǎn)換應(yīng)用至關(guān)重要，如質(zhì)子和鋰離子傳導(dǎo)膜分別是燃料電池和鋰離子電池的關(guān)鍵材料。據(jù)悉，中科院所研究人員發(fā)現(xiàn)，Cd_0.85PS₃Li_0.15H_0.15薄膜為質(zhì)子傳輸占主導(dǎo)的離子導(dǎo)體，在90℃和98%相對濕度條件下的傳導(dǎo)率高達0.95 S/cm，是目前已報道的水相質(zhì)子傳輸材料的性能最高值，并且在低溫、低濕條件下仍保持了很高的質(zhì)子傳導(dǎo)率。通過進一步研究發(fā)現(xiàn)，Cd空位不僅提供了大量的質(zhì)子供體中心，而且使該薄膜具有優(yōu)異的水合性質(zhì)，且質(zhì)子在水分子的存在下易于從空位處脫附，從而使薄膜表現(xiàn)出優(yōu)異的質(zhì)子傳導(dǎo)特性。此外，他們還發(fā)現(xiàn)Cd_0.85PS₃Li_0.3和Mn_0.77PS₃Li_0.46薄膜具有超快的鋰離子傳導(dǎo)特性，證明了空位誘導(dǎo)離子快速傳輸?shù)钠者m性。

空位誘導(dǎo)離子快速傳輸為設(shè)計與開發(fā)高性能離子傳導(dǎo)膜提供了一種新思路。《科學(xué)》同期 “觀點”以“利用金屬空位加速質(zhì)子”為題對該工作進行了評述。

Cd_0.85PS₃Li_0.15H_0.15納米片組裝膜及其離子傳輸性能（98%相對濕度）