• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  • Upptäckt av nanoskivor med den högsta hydroxyljonledningen någonsin

    En skiktad dubbelhydroxid (LDH) kristallin trombocyt exfolierades till enkelskiktiga nanoskikt-de grundläggande lägsta enheterna-som är mycket anisotropa när det gäller jonisk konduktivitet. Kredit:National Institute for Materials Science (NIMS)

    En NIMS -forskargrupp ledd av associerad huvudutredare Renzhi Ma och direktör Takayoshi Sasaki från International Center for Materials Nanoarchitectonics (MANA) upptäckte att nanoskikt i skiktad dubbelhydroxid (LDH) har exceptionellt hög hydroxyljon (OH) - ) konduktivitet (så hög som 10 -1 S/cm). Detta OH - konduktiviteten är 10 till 100 gånger högre än konventionell OH - ledare, och är den högsta även bland oorganiska anjonledare. LDH -nanoskikt kan vara tillämpliga som fasta elektrolyter för alkaliska bränsleceller och vattenelektrolysatorer, bland andra enheter.

    I bränsleceller, som uppmärksammas som en teknik för omvandling av ren energi, vätejon (H + ) ledare (t.ex. Nafion) används vanligtvis som elektrolyter. Dock, användningen av H + ledare kräver praktiskt taget användning av platinabaserade katalysatorer, eftersom H. + skapar en mycket sur driftsmiljö. Det är möjligt att använda OH - i stället för H. + som den ledande jonen. När OH - är använd, driftsmiljön är alkalisk, tillåter användning av andra billigare övergångsmetallelement, som Fe, Co och Ni, som katalysatorer, minska produktionskostnaderna. Den stora frågan med detta tillvägagångssätt, dock, är att konduktiviteten hos OH - i befintliga OH - ledare är låga (10 -3 till 10 -2 S/cm). Efterfrågan har varit stor på att utveckla praktiska ledarmaterial med jonledningsförmåga på cirka 10 -1 S/cm, vilket är jämförbart med konduktiviteten hos H + ledare.

    I den här studien, forskargruppen exfolierade LDH till enkla lager i kemiska reaktioner, och mätte den joniska konduktiviteten hos de resulterande enkelskikts-nanoskikten. Nanoskikten visade mycket höga konduktiviteter, upp till 10 -1 S/cm, vid ungefär rumstemperatur. Den höga konduktiviteten kan förklaras enligt följande. En stor mängd fukt adsorberas på ytan av ettskikts nanoskikt, främja OH - att röra sig fritt på ytan, därigenom dramatiskt förbättrar nanoskiktets jontransportegenskaper. Konduktiviteten som uppnås i denna studie är högre än för någon annan OH - konduktör rapporterade tidigare. Dessutom, konduktiviteten i en riktning parallell med nanoskivets yta (i planriktning) var fyra till fem storleksordningar högre än konduktiviteten i en riktning vinkelrätt mot ytan (tvärplanriktning). Därför, den höga konduktiviteten som observeras kan tillskrivas arkens ultimata tvådimensionella nanostruktur.

    Denna undersöknings resultat kan fungera som ett stort steg mot förverkligandet av fasta bränsleceller som drivs av OH - , som har väntats i många år. För att applicera den överlägsna joniska konduktiviteten i planet som identifierats i denna studie på fasta elektrolytlager för bränsleceller och vattenelektrolysatorer, det kommer att vara avgörande att utforma anordningskonstruktioner som kan utnyttja nämnda konduktivitet fullt ut.

    En del av denna studie genomfördes i samband med ett projekt med titeln "Funktionsinställning med hjälp av morfologi och strukturkontroll av lågdimensionella hydroxid-nanostrukturer, "finansieras av MEXT Grants-in-Aid for Scientific Research (B).


    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com