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(noticias nanowerk) Investigadores de la Universidad de Manchester y la Universidad de Warwick finalmente han resuelto el antiguo misterio de por qué el grafeno es mucho más permeable a los protones de lo que predice la teoría.
Hace una década, científicos de la Universidad de Manchester demostraron que el grafeno es permeable a los protones, los núcleos de los átomos de hidrógeno. El resultado inesperado provocó un debate en la comunidad, ya que la teoría predijo que un protón tardaría miles de millones de años en penetrar la densa estructura cristalina del grafeno. Esto había llevado a suponer que los protones no entraban a través de la propia red cristalina, sino a través de pequeños agujeros en su estructura.
estoy escribiendo ahora Naturaleza («Transporte de protones a través de corrugaciones a nanoescala en cristales bidimensionales»), una colaboración entre la Universidad de Warwick dirigida por el Prof. Patrick Unwin y la Universidad de Manchester dirigida por el Dr. Marcelo Lozada-Hidalgo y el Prof. Andre Geim, informan sobre mediciones de ultra alta resolución del transporte de protones a través del grafeno y demuestran que los cristales de grafeno perfectos son permeables a los protones. Inesperadamente, los protones se aceleran fuertemente alrededor de los pliegues y ondulaciones a nanoescala del cristal.
El descubrimiento tiene el potencial de acelerar la economía del hidrógeno. Los costosos catalizadores y membranas, algunos de los cuales tienen una huella ambiental significativa, que se utilizan actualmente para producir y utilizar hidrógeno, podrían reemplazarse con cristales 2D más sostenibles, reduciendo las emisiones de CO2 y contribuyendo al Net Zero mediante la producción de hidrógeno verde.
El equipo utilizó una técnica llamada microscopía celular electroquímica de barrido (SECCM) para medir pequeños flujos de protones recolectados de áreas de tamaño nanométrico. Esto permitió a los investigadores visualizar la distribución espacial de las corrientes de protones a través de las membranas de grafeno. Si el transporte de protones se produjera a través de agujeros, como sospechaban algunos científicos, las corrientes se concentrarían en unos pocos puntos aislados. No se encontraron sitios aislados de este tipo, lo que descarta la presencia de agujeros en las membranas de grafeno.
dr. Segun Wahab y Enrico Daviddi, los autores principales del artículo, comentaron: «Nos sorprendió no ver absolutamente ningún defecto en los cristales de grafeno. Nuestros resultados proporcionan evidencia microscópica de que el grafeno es intrínsecamente permeable a los protones”.
Sorprendentemente, se descubrió que las corrientes de protones se aceleran alrededor de pliegues de tamaño nanométrico en los cristales. Los científicos descubrieron que esto se debe a que los pliegues «estiran» efectivamente la red de grafeno, dando a los protones más espacio para penetrar a través de la red cristalina original. Esta observación ahora reconcilia experimento y teoría.
dr. Lozada-Hidalgo dijo: «Estamos efectivamente estirando una red a nivel atómico y observando una corriente más alta a través de los espacios interatómicos extendidos en esta red: impresionante».
El profesor Unwin comentó: «Estos resultados demuestran que SECCM, desarrollado en nuestro laboratorio, es una técnica poderosa para obtener información microscópica sobre las interfaces electroquímicas, abriendo posibilidades interesantes para el desarrollo de membranas y separadores de próxima generación que utilizan protones».
Los autores están entusiasmados con el potencial de este descubrimiento para permitir nuevas tecnologías basadas en hidrógeno.
dr. Lozada-Hidalgo dijo: “Aprovechar la actividad catalítica de ondas y pliegues en cristales 2D es una forma fundamentalmente nueva de acelerar el transporte de iones y las reacciones químicas. Esto podría conducir al desarrollo de catalizadores económicos para tecnologías relacionadas con el hidrógeno”.
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