中國網/中國發展門戶網訊 近日，中國科學院金屬研究所沈陽材料科學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，發現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，國際學術期刊《科學》（SCIENCE）以 “Cd空位誘導的高質子傳導率的CdPS₃納米片薄膜”為題發表相關成果。

納米孔道中的離子傳輸對能量存儲和轉換應用至關重要，如質子和鋰離子傳導膜分別是燃料電池和鋰離子電池的關鍵材料。據悉，中科院所研究人員發現，Cd_0.85PS₃Li_0.15H_0.15薄膜為質子傳輸占主導的離子導體，在90℃和98%相對濕度條件下的傳導率高達0.95 S/cm，是目前已報道的水相質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子傳導率。通過進一步研究發現，Cd空位不僅提供了大量的質子供體中心，而且使該薄膜具有優異的水合性質，且質子在水分子的存在下易于從空位處脫附，從而使薄膜表現出優異的質子傳導特性。此外，他們還發現Cd_0.85PS₃Li_0.3和Mn_0.77PS₃Li_0.46薄膜具有超快的鋰離子傳導特性，證明了空位誘導離子快速傳輸的普適性。

空位誘導離子快速傳輸為設計與開發高性能離子傳導膜提供了一種新思路。《科學》同期 “觀點”以“利用金屬空位加速質子”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）