Un grupo de investigación del NIMS dirigido por el investigador principal asociado Renzhi Ma y el director Takayoshi Sasaki del Centro Internacional de Nanoarquitectónica de Materiales (MANA) descubrió que las nanohojas de hidróxido doble en capas (LDH) tienen iones hidroxilo (OH) excepcionalmente altos. ^- ) conductividad (hasta 10 ^-1 S / cm). Este oh ^- la conductividad es de 10 a 100 veces mayor que la del OH convencional ^- conductores, y es el más alto incluso entre los conductores de aniones inorgánicos. Las nanohojas de LDH pueden aplicarse como electrolitos sólidos para pilas de combustible alcalinas y electrolizadores de agua, entre otros dispositivos.

En pilas de combustible, que están llamando la atención como una tecnología de conversión de energía limpia, ion de hidrógeno (H ⁺ ) conductores (por ejemplo, Nafion) se utilizan habitualmente como electrolitos. Sin embargo, el uso de H ⁺ conductores virtualmente requiere el uso de catalizadores a base de platino, porque H ⁺ crea un entorno operativo muy ácido. Es factible emplear OH ^- en lugar de H ⁺ como el ion conductor. Cuando oh ^- se utiliza, el entorno operativo es alcalino, permitiendo el uso de otros elementos de metal de transición más baratos, como Fe, Co y Ni, como catalizadores, reduciendo los costos de producción. El principal problema con este enfoque, sin embargo, es que la conductividad de OH ^- en OH existente ^- conductores es bajo (10 ^-3 a 10 ^-2 S / cm). La demanda ha sido alta para desarrollar materiales conductores prácticos con una conductividad iónica de aproximadamente 10 ^-1 S / cm, que es comparable con la conductividad de H ⁺ conductores.

En este estudio, el grupo de investigación exfolió las LDH en capas únicas en reacciones químicas, y midió la conductividad iónica de las nanoláminas de capa única resultantes. Las nanoláminas demostraron conductividades muy altas, hasta 10 ^-1 S / cm, aproximadamente a temperatura ambiente. La alta conductividad se puede explicar como sigue. Una gran cantidad de humedad se adsorbe en la superficie de las nanohojas de una sola capa, promoviendo OH ^- moverse libremente en la superficie, mejorando así drásticamente las propiedades de transporte de iones de las nanoláminas. La conductividad alcanzada en este estudio es superior a la de cualquier otro OH ^- conductor informado anteriormente. Además, la conductividad en una dirección paralela a la superficie de la nanoplaca (dirección en el plano) era de cuatro a cinco órdenes de magnitud más alta que la conductividad en una dirección perpendicular a la superficie (dirección del plano transversal). Por lo tanto, la alta conductividad observada puede atribuirse a la última nanoestructura bidimensional de las láminas.

Los hallazgos de este estudio pueden servir como un paso importante hacia la realización de celdas de combustible sólido impulsadas por OH ^- , que se han anticipado durante muchos años. Para aplicar la conductividad iónica en el plano superior identificada en este estudio a las capas de electrolitos sólidos para celdas de combustible y electrolizadores de agua, será vital diseñar estructuras de dispositivos capaces de aprovechar al máximo dicha conductividad.

Parte de este estudio se realizó en conjunto con un proyecto titulado "Ajuste de funciones mediante control morfológico y estructural de nanoestructuras de hidróxido de baja dimensión, "financiado por las Becas MEXT para la Investigación Científica (B).