Un gruppo di ricerca NIMS guidato dal ricercatore principale associato Renzhi Ma e dal direttore Takayoshi Sasaki dell'International Center for Materials Nanoarchitectonics (MANA) ha scoperto che i nanosheet a doppio strato di idrossido (LDH) hanno ioni idrossile (OH) eccezionalmente alti ^- ) conduttività (fino a 10 ^-1 S/cm). questo OH ^- la conduttività è da 10 a 100 volte superiore a quella dell'OH . convenzionale ^- conduttori, ed è il più alto anche tra i conduttori di anioni inorganici. I nanofogli di LDH possono essere applicabili come elettroliti solidi per celle a combustibile alcaline ed elettrolizzatori ad acqua, tra gli altri dispositivi.

Nelle celle a combustibile, che stanno attirando l'attenzione come tecnologia di conversione dell'energia pulita, ione idrogeno (H ⁺ ) conduttori (ad es. Nafion) sono solitamente usati come elettroliti. Però, l'uso di H ⁺ conduttori richiede virtualmente l'uso di catalizzatori a base di platino, perché H ⁺ crea un ambiente operativo altamente acido. È possibile impiegare OH ^- al posto di H ⁺ come ione conduttore. Quando OH ^- viene utilizzato, l'ambiente operativo è alcalino, consentendo l'uso di altri elementi metallici di transizione più economici, come Fe, Co e Ni, come catalizzatori, riducendo i costi di produzione. Il problema principale di questo approccio, però, è che la conduttività di OH ^- nell'OH . esistente ^- conduttori è basso (10 ^-3 a 10 ^-2 S/cm). La domanda è stata elevata per sviluppare materiali conduttori pratici con conduttività ionica di circa 10 ^-1 m/cm, che è paragonabile alla conducibilità di H ⁺ conduttori.

In questo studio, il gruppo di ricerca ha esfoliato gli LDH in singoli strati in reazioni chimiche, e misurato la conduttività ionica dei nanofogli a strato singolo risultanti. I nanosheet hanno dimostrato conducibilità molto elevate, fino a 10 ^-1 m/cm, all'incirca a temperatura ambiente. L'elevata conduttività può essere spiegata come segue. Una grande quantità di umidità si assorbe sulla superficie dei nanofogli a strato singolo, promuovere OH ^- muoversi liberamente sulla superficie, migliorando così notevolmente le proprietà di trasporto ionico dei nanosheet. La conduttività ottenuta in questo studio è superiore a quella di qualsiasi altro OH ^- conduttore segnalato in precedenza. Inoltre, la conduttività in una direzione parallela alla superficie del nanofoglio (direzione nel piano) era da quattro a cinque ordini di grandezza superiore alla conduttività in una direzione perpendicolare alla superficie (direzione del piano trasversale). Perciò, l'elevata conducibilità osservata può essere attribuita alla nanostruttura bidimensionale ultima dei fogli.

I risultati di questo studio possono servire come un passo importante verso la realizzazione di celle a combustibile solido guidate da OH ^- , che sono stati previsti per molti anni. Al fine di applicare la conduttività ionica nel piano superiore identificata in questo studio a strati di elettroliti solidi per celle a combustibile ed elettrolizzatori ad acqua, sarà fondamentale progettare strutture di dispositivi in ​​grado di sfruttare appieno tale conducibilità.

Parte di questo studio è stata condotta in concomitanza con un progetto intitolato "Regolazione funzionale mediante controllo della morfologia e della struttura di nanostrutture di idrossido a bassa dimensionalità, " finanziato dal MEXT Grants-in-Aid for Scientific Research (B).