Ion exchange in atomically thin clays and micas

离子 材料科学 薄膜 扩散 离子交换 透射电子显微镜 化学物理 超晶格 纳米技术 Crystal(编程语言) 扫描透射电子显微镜 纳米尺度 单晶 分析化学(期刊) 原子单位 结晶学 扫描电子显微镜 制作 航程(航空) 工作(物理) 凝聚态物理 光电子学
作者
Yi-Chao Zou,Lucas Mogg,Nick Clark,Cihan Bacaksiz,Slavisa Milovanovic,Vishnu Sreepal,Guang-Ping Hao,Yi-Chi Wang,David G. Hopkinson,Roman Gorbachev,Samuel Shaw,Kostya S. Novoselov,Rahul Raveendran-Nair,Francois M. Peeters,Marcelo Lozada-Hidalgo,Sarah J. Haigh
出处
期刊:Nature Materials [Nature Portfolio]
卷期号:20 (12): 1677-1682 被引量:81
标识
DOI:10.1038/s41563-021-01072-6
摘要

Clays and micas are receiving attention as materials that, in their atomically thin form, could allow for novel proton conductive, ion selective, osmotic power generation, or solvent filtration membranes. The interest arises from the possibility of controlling their properties by exchanging ions in the crystal lattice. However, the ion exchange process itself remains largely unexplored in atomically thin materials. Here we use atomic-resolution scanning transmission electron microscopy to study the dynamics of the process and reveal the binding sites of individual ions in atomically thin and artificially restacked clays and micas. Imaging ion exchange after different exposure time and for different crystal thicknesses, we find that the ion diffusion constant, D, for the interlayer space of atomically thin samples is up to 10^4 times larger than in bulk crystals and approaches its value in free water. Surprisingly, samples where no bulk exchange is expected display fast exchange if the mica layers are twisted and restacked; but in this case, the exchanged ions arrange in islands controlled by the moire superlattice dimensions. We attribute the fast ion diffusion to enhanced interlayer expandability resulting from weaker interlayer binding forces in both atomically thin and restacked materials. Finally, we demonstrate images of individual surface cations for these materials, which had remained elusive in previous studies. This work provides atomic scale insights into ion diffusion in highly confined spaces and suggests strategies to design novel exfoliated clays membranes.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
JIA发布了新的文献求助10
刚刚
jinlinfang完成签到,获得积分20
刚刚
纯白汉玉完成签到,获得积分10
刚刚
刚刚
刚刚
情怀应助LL采纳,获得10
1秒前
1秒前
1秒前
可乐发布了新的文献求助10
1秒前
1秒前
2秒前
2秒前
ROC发布了新的文献求助10
2秒前
3秒前
稀西发布了新的文献求助10
4秒前
谨慎鹰发布了新的文献求助10
4秒前
乐乐应助abcd采纳,获得10
4秒前
优雅同学发布了新的文献求助10
5秒前
5秒前
5秒前
gao456789发布了新的文献求助10
5秒前
shenqingmei发布了新的文献求助10
6秒前
小罗萝卜完成签到,获得积分10
6秒前
6秒前
54132123完成签到,获得积分10
6秒前
我是老大应助露露呢采纳,获得10
7秒前
7秒前
自然灭绝完成签到,获得积分10
7秒前
fffgz完成签到,获得积分10
7秒前
xixixixi完成签到,获得积分10
7秒前
CipherSage应助府于杰采纳,获得10
8秒前
8秒前
玉米粒儿关注了科研通微信公众号
8秒前
万能图书馆应助daorenz采纳,获得10
9秒前
herosam1997完成签到,获得积分10
9秒前
小二郎应助zzh0409km采纳,获得10
9秒前
沈阳四季发布了新的文献求助10
10秒前
traminer完成签到,获得积分10
10秒前
无极微光应助Hi采纳,获得20
10秒前
10秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
晶种分解过程与铝酸钠溶液混合强度关系的探讨 8888
Les Mantodea de Guyane Insecta, Polyneoptera 2000
Chemistry and Physics of Carbon Volume 18 800
The Organometallic Chemistry of the Transition Metals 800
Leading Academic-Practice Partnerships in Nursing and Healthcare: A Paradigm for Change 800
Signals, Systems, and Signal Processing 610
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 物理 内科学 复合材料 催化作用 物理化学 光电子学 电极 细胞生物学 基因 无机化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6422508
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8241324
关于积分的说明 17517690
捐赠科研通 5476557
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2892890
邀请新用户注册赠送积分活动 1869344
关于科研通互助平台的介绍 1706751