Investigadores de grafeno de la Universidad de Manchester han desarrollado una nueva ‘placa de nanopetri’ que utiliza materiales bidimensionales (2D) para desarrollar una nueva técnica para observar cómo se mueven los átomos en los líquidos.
El equipo, dirigido por científicos del Instituto Nacional del Grafeno (NGI), utilizó pilas de materiales 2D como el grafeno para capturar líquidos y comprender realmente cómo la existencia de líquidos altera el comportamiento de los sólidos. Sus resultados fueron publicados en la revista nano letras.
Por primera vez, el equipo logró fotografiar un solo átomo «nadando» en un líquido. Los resultados podrían tener un impacto significativo en el desarrollo de tecnologías verdes como la producción de hidrógeno en los próximos años.
Cuando un líquido y un sólido están muy cerca, ambas sustancias se adaptan a la presencia de la otra. Estas interacciones a nivel atómico en interfaces sólido-líquido controlan el comportamiento de las pilas de combustible y las baterías utilizadas para producir energía limpia, así como la eficacia de los sistemas utilizados para producir agua limpia y muchas actividades biológicas.
Dada la importancia industrial y científica generalizada de tal comportamiento, es realmente sorprendente cuánto nos queda por aprender sobre el comportamiento fundamental de los átomos en superficies en contacto con líquidos. Una de las razones de la falta de información es la falta de técnicas que puedan proporcionar datos experimentales para interfaces sólido-líquido..
Sarah Haigh, investigadora sénior y profesora, Instituto Nacional del Grafeno
Uno de los pocos métodos que permiten observar y analizar átomos individuales es la microscopía electrónica de transmisión (TEM). La estructura de los materiales se adapta en el vacío y el dispositivo TEM necesita una configuración de alto vacío.
En nuestro trabajo mostramos que se proporciona información engañosa cuando se estudia el comportamiento atómico en el vacío en lugar de usar nuestras celdas líquidas..
dr. Nick Clark, primer autor del estudio, Instituto Nacional del Grafeno
El profesor Roman Gorbachev del NGI desarrolló el apilamiento de materiales 2D para electrónica; Por lo tanto, su equipo desarrolló una «celda líquida de doble gráfico» utilizando los mismos métodos.
Las ventanas de grafeno encerraron una lámina 2D de disulfuro de molibdeno que estaba completamente suspendida en el líquido. Gracias a su diseño innovador, pudieron crear capas de líquido perfectamente reguladas, lo que les permitió registrar las primeras películas de átomos individuales ‘flotando’ en un líquido.
Los científicos pudieron comprender cómo el líquido afectó el comportamiento atómico al examinar los movimientos de los átomos en los videos y comparar sus hallazgos con las explicaciones teóricas ofrecidas por colegas de la Universidad de Cambridge. Se descubrió que el líquido aceleraba la movilidad de los átomos y cambiaba sus lugares de descanso preferidos en relación con el sólido subyacente.
Los investigadores estaban estudiando un material que se muestra prometedor para producir hidrógeno verde, pero el sistema experimental que crearon tiene una amplia gama de aplicaciones potenciales.
Este es un hito y solo el comienzo: ya estamos tratando de utilizar esta técnica para apoyar el desarrollo de materiales para el procesamiento químico sostenible necesario para alcanzar la ambición global neta cero..
dr. Nick Clark, primer autor del estudio, Instituto Nacional del Grafeno
Referencia de la revista:
kelly, dj, y otros. (2022) Mapeo elemental de resolución nanométrica en células líquidas TEM basadas en grafeno. nano letras. doi.org/10.1021/acs.nanolett.7b04713.
Fuente: https://www.manchester.ac.uk/
