La découverte du graphène pourrait permettre de produire de l'hydrogène à moindre coût et de manière durable
Aperçu microscopique des interfaces électrochimiques
Des chercheurs de l'université de Warwick et de l'université de Manchester ont enfin résolu une énigme de longue date : pourquoi le graphène est-il beaucoup plus perméable aux protons que ne le prévoit la théorie ?
Il y a dix ans, des scientifiques de l'université de Manchester ont démontré que le graphène était perméable aux protons, les noyaux des atomes d'hydrogène.
Ce résultat inattendu a suscité un débat au sein de la communauté scientifique, car la théorie prévoyait qu'il faudrait des milliards d'années pour qu'un proton traverse la structure cristalline dense du graphène. Cela a conduit à suggérer que les protons traversent non pas le réseau cristallin lui-même, mais les trous d'épingle de sa structure.
Aujourd'hui, dans la revue Nature, une collaboration entre l'université de Warwick, dirigée par le professeur Patrick Unwin, et l'université de Manchester, dirigée par le Dr Marcelo Lozada-Hidalgo et le professeur Andre Geim, fait état de mesures à très haute résolution spatiale du transport de protons à travers le graphène et prouve que les cristaux de graphène parfaits sont perméables aux protons. De manière inattendue, les protons sont fortement accélérés autour des rides et ondulations nanométriques du cristal.
Cette découverte pourrait accélérer l'économie de l'hydrogène. Les catalyseurs et membranes coûteux, dont l'empreinte écologique est parfois importante, actuellement utilisés pour produire et utiliser l'hydrogène pourraient être remplacés par des cristaux 2D plus durables, ce qui réduirait les émissions de carbone et contribuerait à l'objectif "Net Zero" grâce à la production d'hydrogène vert.
L'équipe a utilisé une technique connue sous le nom de microscopie cellulaire électrochimique à balayage (SECCM) pour mesurer de minuscules courants de protons recueillis dans des zones de taille nanométrique. Cela a permis aux chercheurs de visualiser la distribution spatiale des courants de protons à travers les membranes de graphène.
Si le transport des protons s'effectuait à travers des trous, comme l'ont supposé certains scientifiques, les courants seraient concentrés en quelques points isolés. Aucun point isolé de ce type n'a été trouvé, ce qui exclut la présence de trous dans les membranes de graphène.
Les docteurs Segun Wahab et Enrico Daviddi, auteurs principaux de l'article, ont commenté : "Nous avons été surpris de ne voir aucun défaut dans les cristaux de graphène. Nos résultats apportent la preuve microscopique que le graphène est intrinsèquement perméable aux protons".
De manière inattendue, les courants de protons ont été accélérés autour de rides de taille nanométrique dans les cristaux. Les scientifiques ont découvert que cela s'explique par le fait que les rides "étirent" effectivement le réseau de graphène, offrant ainsi un plus grand espace aux protons pour traverser le réseau cristallin vierge. Cette observation permet désormais de réconcilier l'expérience et la théorie.
Le Dr Lozada-Hidalgo a déclaré : "Nous sommes en train d'étirer un réseau atomique : "Nous étirons effectivement un réseau à l'échelle atomique et observons un courant plus élevé à travers les espaces interatomiques étirés de ce réseau - c'est vraiment époustouflant".
Le professeur Unwin commente : "Ces résultats démontrent que la SECCM, développée dans notre laboratoire, est une technique puissante pour obtenir des informations microscopiques sur les interfaces électrochimiques, ce qui ouvre des possibilités passionnantes pour la conception de membranes et de séparateurs de nouvelle génération impliquant des protons.
Les auteurs sont enthousiastes à l'idée que cette découverte puisse déboucher sur de nouvelles technologies basées sur l'hydrogène. Le Dr Lozada-Hidalgo a déclaré : "L'exploitation de l'activité catalytique des ondulations et des rides dans les cristaux 2D est un moyen fondamentalement nouveau d'accélérer le transport des ions et les réactions chimiques. Cela pourrait conduire au développement de catalyseurs à faible coût pour les technologies liées à l'hydrogène".
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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