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Ion and Solvent Dynamics in Charged 2D Clay Nanoslits with Unprecedented Ångström-Precise Slit Height Control

DOI zum Zitieren der Version auf EPub Bayreuth: https://doi.org/10.15495/EPub_UBT_00008723
URN zum Zitieren der Version auf EPub Bayreuth: urn:nbn:de:bvb:703-epub-8723-8

Titelangaben

Stevenson, Max ; Pappler, Sandra ; Kanzler, Leonie ; Nisar, Aqsa ; Parambath, Jepsinraj Kakkuzhiyulla ; Rosenstihl, Markus ; Lebeda, Flora ; Weiß, Sebastian ; Papastavrou, Georg ; Vogel, Michael ; Senker, Jürgen ; Breu, Josef:
Ion and Solvent Dynamics in Charged 2D Clay Nanoslits with Unprecedented Ångström-Precise Slit Height Control.
In: Advanced Functional Materials. (27 August 2025) . - e15706.
ISSN 1616-3028
DOI der Verlagsversion: https://doi.org/10.1002/adfm.202515706

Volltext

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Format: PDF
Name: Adv Funct Materials - 2025 - Stevenson - Ion and Solvent Dynamics in Charged 2D Clay Nanoslits with Unprecedented ngstr (3).pdf
Version: Veröffentlichte Version
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Angaben zu Projekten

Projekttitel:
Offizieller Projekttitel
Projekt-ID
SFB 1585: Strukturierte Funktionsmaterialien für multiplen Transport in nanoskaligen räumlichen Einschränkungen
492723217

Projektfinanzierung: Deutsche Forschungsgemeinschaft

Abstract

Abstract Nanoconfinement by layered silicates has been claimed to deliver superionic conductivity as needed for many electrochemical applications. Unraveling governing principles of solvent and ion dynamics within charged 2D nanochannels requires Å-precise slit height control. This work addresses existing experimental limitations utilizing synthetic fluorohectorite, known for its superb homogeneous charge distribution, high aspect ratio (> 20,000), and spontaneous delamination by 1D-dissolution. This triad of properties enables an Å-precise slit height control of monodomain Bragg stack membranes over a wide slit height range (5–100 Å) while offering a variable and high surface charge (0.17–0.24 C m−2). A concerted characterization applying electrochemical impedance spectroscopy (EIS), colloidal-probe atomic force microscopy (CP-AFM), pulsed- and static-field gradient nuclear magnetic resonance (PFG- and SFG-NMR), assisted by molecular dynamics (MD) simulations, revealed in-depth insights: The maximum conductivity (0.2 S m−1) is observed at a confinement of 15.1 Å, where aside of the two Helmholtz planes (HP) attached to the confinement walls a diffuse layer (DL) exists. Independent of the surface charge, the vast majority of Li+ is strongly bound by electrostatics and hydrogen bonding of the first hydration shell to the anionic walls. Regardless of the slit height and electrolyte concentration, conductivity is governed by the Li+ balancing the surface charge.

Weitere Angaben

Publikationsform: Artikel in einer Zeitschrift
Keywords: 2D materials; lithium-ion conductivity; mobility in confinement; nanochannels; slit confinement
Themengebiete aus DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 540 Chemie
Institutionen der Universität: Fakultäten > Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften > Fachgruppe Chemie > Lehrstuhl Physikalische Chemie II - Grenzflächen und Nanoanalytik > Lehrstuhl Physikalische Chemie II - Grenzflächen und Nanoanalytik - Univ.-Prof. Dr. Georg Papastavrou
Fakultäten > Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften > Fachgruppe Chemie > Lehrstuhl Anorganische Kolloidchemie für elektrochemische Energiespeicher > Lehrstuhl Anorganische Kolloidchemie für elektrochemische Energiespeicher - Univ.-Prof. Dr. Josef Breu
Fakultäten > Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften > Fachgruppe Chemie > Lehrstuhl Anorganische Chemie III > Lehrstuhl Anorganische Chemie III - Univ.-Prof. Dr. Jürgen Senker
Forschungseinrichtungen > Zentrale wissenschaftliche Einrichtungen > Bayerisches Zentrum für Batterietechnik - BayBatt
Forschungseinrichtungen > Sonderforschungsbereiche, Forschergruppen > SFB 1585 - MultiTrans – Structured functional materials for multiple transport in nanoscale confinements
Fakultäten
Fakultäten > Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften
Fakultäten > Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften > Fachgruppe Chemie
Fakultäten > Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften > Fachgruppe Chemie > Lehrstuhl Physikalische Chemie II - Grenzflächen und Nanoanalytik
Fakultäten > Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften > Fachgruppe Chemie > Lehrstuhl Anorganische Kolloidchemie für elektrochemische Energiespeicher
Fakultäten > Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften > Fachgruppe Chemie > Lehrstuhl Anorganische Chemie III
Forschungseinrichtungen
Forschungseinrichtungen > Zentrale wissenschaftliche Einrichtungen
Forschungseinrichtungen > Sonderforschungsbereiche, Forschergruppen
Sprache: Englisch
Titel an der UBT entstanden: Ja
URN: urn:nbn:de:bvb:703-epub-8723-8
Eingestellt am: 09 Dec 2025 10:01
Letzte Änderung: 09 Dec 2025 10:02
URI: https://epub.uni-bayreuth.de/id/eprint/8723

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