当层状材料的维度降至其物理极限，由此产生的二维各向异性及限域效应可能会带来新奇的物理化学特性。基于这一特点，近年来二维材料的研究与应用得到了广泛的研究，尤其在石墨烯、立方氮化硼、黑鳞、过渡金属硫化物、诸如氧化钛以及钙钛矿型氧化物纳米片的研究增长最为迅速。前期研究结果表明，层状双氢氧化物（layered double hydroxides, LDHs）因在二维主层表面共价键合大量羟基官能团表现出氢氧根离子传导的特性。然而，一般体相层状LDHs的氢氧根离子传导率最高仅为10-3 S/cm，对于实际应用于氢氧根离子导体或阴离子交换膜领域来说仍不够理想。
日本国立物质•材料研究机构（National Institute for Materials Science，NIMS）马仁志博士和清华大学材料学院朱宏伟教授研究团队发现，通过液相剥离法制备的单层LDH纳米片存在极高的面内氢氧根离子传导率，高达10-1 S/cm。该传导率值为阴离子导体中的最高值，与商用质子交换膜（例如Nafion）的质子传导率可比。所测得的LDH纳米片的面内氢氧根离子传导率要比纳米片相互堆叠组成的层状薄膜的跨膜/跨面传导率高4~5个数量级，体现出二维材料独特的各向异性传导特性。该研究揭示了LDH纳米片中由二维限域效应引发的高各向异性氢氧根离子传导，这一特性可看做是这种独特二维纳米材料的本征属性。LDH纳米片优异的氢氧根离子传导特性使其在用作二维纳米构筑单元进而组装高性能氢氧根离子导体，电化学能量存储与转换、催化、传感以及化学过滤等的阴离子交换膜领域极具前景。相关结果发表于Science Advances 上。
该论文作者为：Pengzhan Sun, Renzhi Ma, Xueyin Bai, Kunlin Wang, Hongwei Zhu, Takayoshi Sasaki
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Single-layer nanosheets with exceptionally high and anisotropic hydroxyl ion conductivity
Sci. Adv., 2017, 3, e1602629, DOI: 10.1126/sciadv.1602629
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