Исследователи из Манчестерского университета под руководством профессора Андрея Гейма обнаружили, что слои слюд толщиной в несколько атомов являются прекрасными протонными проводниками. Они могут использоваться в водородной энергетике. Посвященная открытию статья опубликована в журнале Nature Nanotechnology.

Ранее ученые обнаружили, что через двумерные материалы, такие как графен, очень хорошо проходят протоны — ядра атомов водорода. Однако они также обнаружили, что другие двумерные материалы, такие как сульфид молибдена (MoS₂), которые были всего в три атома толщиной, были полностью непроницаемы для протонов. Проницаемость наблюдалась только при толщине материала в один атом.

В новой работе исследователи показали, что протоны могут легко проникать через тонкослойные слюды, несмотря на то, что они в десять раз толще графена. Слюда, как и графит, состоит из кристаллических слоев, уложенных друг на друга, и может быть разрезана до монослоя. Группа ученых выделила один из этих слоев и обнаружила, что он в 100 раз более проницаем для протонов, чем графен.

«Результат нашей работы подразумевает, что многие другие двумерные материалы можно превратить в протонные проводники. Наша стратегия не ограничивается только протонной проводимостью и слюдами. Можно было бы исследовать еще много двумерных кристаллов с наноразмерными каналами, аналогичными каналам в слюдах. Мы надеемся, что это приведет к неожиданным явлениям и новым приложениям в области протонных и ионных проводников», — отметил Гейм, лауреат Нобелевской премии 2010 года.

В настоящее время исследователи работают над созданием прототипа мембраны из слюды, которую можно применять в промышленных условиях. Они также с оптимизмом смотрят на возможности, которые открывает это исследование в плане фундаментальной науки. Работа показывает, что двумерные ионные проводники обладают большими перспективами из-за большого количества других кристаллов, которые могут быть превращены в ионные и протонные проводники.