p Um grupo de pesquisa NIMS liderado pelo investigador principal associado Renzhi Ma e o diretor Takayoshi Sasaki do Centro Internacional de Nanoarquitetura de Materiais (MANA) descobriu que nanofolhas de hidróxido duplo em camadas (LDH) têm íon hidroxila excepcionalmente alto (OH ^- ) condutividade (tão alta quanto 10 ^-1 S / cm). Este OH ^- a condutividade é de 10 a 100 vezes maior do que a do OH convencional ^- condutores, e é o mais alto mesmo entre os condutores de ânions inorgânicos. As nanofolhas de LDH podem ser aplicáveis ​​como eletrólitos sólidos para células de combustível alcalinas e eletrolisadores de água, entre outros dispositivos. p Em células de combustível, que estão chamando a atenção como uma tecnologia de conversão de energia limpa, íon hidrogênio (H ⁺ ) condutores (por exemplo, Nafion) são geralmente usados ​​como eletrólitos. Contudo, o uso de H ⁺ condutores virtualmente requerem o uso de catalisadores à base de platina, porque H ⁺ cria um ambiente operacional altamente ácido. É possível empregar OH ^- no lugar de H ⁺ como o íon condutor. Quando OH ^- é usado, o ambiente operacional é alcalino, permitindo o uso de outros elementos de metal de transição mais baratos, como Fe, Co e Ni, como catalisadores, reduzindo custos de produção. O principal problema dessa abordagem, Contudo, é que a condutividade do OH ^- no OH existente ^- condutores é baixo (10 ^-3 a 10 ^-2 S / cm). A demanda tem sido alta para desenvolver materiais condutores práticos com condutividade iônica de cerca de 10 ^-1 S / cm, que é comparável com a condutividade de H ⁺ condutores.

p Neste estudo, o grupo de pesquisa esfoliou LDHs em camadas únicas em reações químicas, e mediu a condutividade iônica das nanofolhas de camada única resultantes. As nanofolhas demonstraram condutividades muito altas, até 10 ^-1 S / cm, aproximadamente à temperatura ambiente. A alta condutividade pode ser explicada como segue. Uma grande quantidade de umidade é adsorvida pela superfície das nanofolhas de camada única, promovendo OH ^- para se mover livremente na superfície, aumentando dramaticamente as propriedades de transporte de íons das nanofolhas. A condutividade alcançada neste estudo é maior do que a de qualquer outro OH ^- condutor relatado anteriormente. Além disso, a condutividade em uma direção paralela à superfície da nanofolha (direção no plano) era de quatro a cinco ordens de magnitude maior do que a condutividade em uma direção perpendicular à superfície (direção do plano cruzado). Portanto, a alta condutividade observada pode ser atribuída à nanoestrutura bidimensional final das folhas.

p As descobertas deste estudo podem servir como um passo importante para a realização de células de combustível sólido movidas por OH ^- , que foram antecipados por muitos anos. A fim de aplicar a condutividade iônica em plano superior identificada neste estudo para camadas de eletrólitos sólidos para células de combustível e eletrolisadores de água, será vital projetar estruturas de dispositivos capazes de explorar plenamente a referida condutividade.

p Parte deste estudo foi realizada em conjunto com um projeto intitulado "Ajuste de funções por meio de morfologia e controle de estrutura de nanoestruturas de hidróxido de baixa dimensão, "financiado pelo MEXT Grants-in-Aid for Scientific Research (B).