在潮湿条件下，质子在纳米通道中的输运对于能量储存和转换的应用至关重要。各种材料-包括聚合物，如Nafion(杜邦公司)，金属有机骨架(MOF)，生物衍生材料，以及二维(2D)材料已被开发用于质子交换膜。其中，质子交换膜的基准Nafion在高相对湿度(RH)下具有高达0.2 S cm⁻¹的质子电导率。然而，Nafion在高温(>80 °C)或低相对湿度下很容易脱水，导致电导率和效率严重下降。对于2D材料组装的膜，纳米通道内部产生的大的毛细管状力(>50bar)可以很好地帮助离子的传输。然而，目前所报道的膜普遍表现出较低的离子电导率（小于0.02 S cm⁻¹）。

近日，中科院沈阳金属所任文才研究员报道了一类由二维过渡金属三卤化磷纳米片组装而成的膜，其包含的过渡金属空位使其具有极高的离子导电性。

文章要点

1）研究人员首先通过K离子插层交换获得含Cd空位的Cd_0.85PS₃K_0.3，然后进行Li离子插层交换，接着剥离，以获得Cd_0.85PS₃Li_0.3纳米片。然后将Cd_0.85PS₃Li_0.3纳米片完全浸泡在HCl溶液中来合成Cd_0.85PS₃Li_0.15H_0.15纳米片。最后通过真空过滤从分散体中制备了独立的Cd_0.85PS₃Li_0.3和Cd_0.85PS₃Li_0.15H_0.15膜。横截面扫描电子显微镜（SEM）图像显示，两种膜均具有良好的层状结构。

2）基于丰富的质子供体中心，比较容易的质子解吸，以及Cd空位诱导的良好的水合作用。90 ℃和98%相对湿度下，Cd_0.85PS₃Li_0.15H_0.15膜的质子传导率达到了0.95 S cm⁻¹。而且即使在60% RH下，其电导率仍为0.26 S cm^-1。此外，研究人员发现，Cd_0.85PS₃Li_0.3和Mn_0.77PS₃Li_0.46薄膜同样具有超高锂离子电导率。

Xitang Qian, et al, CdPS₃ nanosheets-based membrane with high proton conductivity enabled by Cd vacancies, Science, 2020

DOI: 10.1126/science.abb9704

http://science.sciencemag.org/content/370/6516/596