Proton transport through nanoscale corrugations in two-dimensional crystals
O. J. Wahab, E. Daviddi, B. Xin, et al.
摘要
无缺陷石墨烯在环境条件下对所有原子和离子均不渗透。通过微米级膜可以分辨每小时几个原子的气体流动的实验发现，单晶石墨烯完全不渗透最小的原子氦。这种膜还被证明对所有离子均不渗透，包括最小的离子锂。相比之下，据报道石墨烯对质子（氢原子核）具有高度渗透性。然而，对于出乎意料的高质子渗透性背后的机制，甚至是否需要石墨烯晶格中的缺陷，目前尚无共识。在这里，我们使用高分辨率扫描电化学电池显微镜表明，尽管质子通过机械剥离的石墨烯和六方氮化硼单层渗透不能归因于任何结构缺陷，但二维膜的纳米级非平坦性极大地促进了质子的传输。通过扫描电化学电池显微镜可视化的质子电流空间分布揭示了明显的不均匀性，这些不均匀性与纳米级皱纹和其他应变累积的特征密切相关。我们的研究结果强调了纳米级形态是使质子能够通过二维晶体传输的重要参数，这些晶体大多被视为和建模为平面，并表明应变和曲率可用作控制二维材料质子渗透性的额外自由度。