机械工程系系列讲座

报告题目： 二维矿物中离子交换机制研究

报告嘉宾：邹逸超副教授 （中山大学）

邀请人：曹晟

报告时间：2022年9月15日（周四）下午16：30

报告地点：机电楼207

报告摘要：

离子交换材料在质子交换膜燃料电池及废水资源化等行业中具有广泛的应用。云母及蛭石作为常见的层状矿物离子交换材料，具有成本低、高温结构稳定性等优点。这些矿物材料的晶体结构由硅铝酸片层骨架与层间阳离子K⁺、Mg²⁺构成。层间阳离子可以与电解质中的H⁺、Cs⁺等阳离子进行直接交换，即离子交换。前期研究成果显示当蛭石被剥离成原子级别厚度晶体时，其在高温下展现出超高质子传导率，有望应用于高温质子交换膜。然而，二维矿物中的离子交换过程仍缺乏原子尺度的研究，这主要是因为二维矿物对电子束辐照的高敏感性。本工作利用低剂量的高分辨扫描透射电子显微成像(STEM)，结合液体环境下的原子力显微成像，对二维矿物中层间、扭转结构界面及表面的离子交换机理，进行了微观尺度上的探究。研究利用STEM捕捉晶体中的离子交换反应“瞬态”，发现在少层蛭石中，铯离子的扩散速度比在块体蛭石中快上至少2数量级。同时，在块体层间离子扩散慢的晶体中，我们发现堆叠的扭转双层结构的界面离子扩散速率较其块体快上了几个数量级。我们认为上述现象是由于少层晶体中层间结合力较弱、层间距较难塌陷导致的。在双层扭转云母中，我们使用STEM观测到界面的交换离子分布受周期性摩尔势调制，发现了可通过扭转角调控离子分布的新型离子超结构。以上研究为限域条件下的离子传输行为提供了原子尺度理解，为获得高传质通量的离子交换与输运膜提供了科学指导。

报告人简介：

邹逸超，女，中山大学材料与工程学院副教授，珠江人才计划入选者，中山大学百人计划入选者，主持国家自然科学基金青年基金等项目。主要从事二维材料结构与基础性质表征研究，包括其精准转移制备，高分辨透射电子显微成像及单个纳米物理器件的表征，在Nature，Nature Materials、Nature Nanotechnology等期刊发表SCI学术论文50余篇， h因子为20，其中以第一作者身份发表在Nature Materials、 ACS Nano、Small等国际知名期刊上。

请工学院机械系的老师、研究生、本科生参加，欢迎其他有兴趣的师生参加！

工学院

2022年9月13日

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