Científicos del grafeno captan las primeras imágenes de átomos "nadando" en un líquido

02.08.2022 - Gran Bretaña

Científicos especializados en grafeno de la Universidad de Manchester han creado una novedosa "nanoplaca" con materiales bidimensionales (2D) para crear un nuevo método de observación del movimiento de los átomos en el líquido

El equipo, dirigido por investigadores del Instituto Nacional del Grafeno (NGI),ha publicado en la revista Nature una serie de materiales bidimensionales como el grafeno para atrapar el líquido con el fin de comprender mejor cómo la presencia del líquido modifica el comportamiento del sólido.

El equipo pudo captar por primera vez imágenes de átomos individuales "nadando" en el líquido. Los hallazgos podrían tener una amplia repercusión en el futuro desarrollo de tecnologías verdes como la producción de hidrógeno.

Cuando una superficie sólida entra en contacto con un líquido, ambas sustancias cambian su configuración en respuesta a la proximidad de la otra. Estas interacciones a escala atómica en las interfaces sólido-líquido rigen el comportamiento de las baterías y las pilas de combustible para la generación de electricidad limpia, además de determinar la eficiencia de la generación de agua limpia y sustentar muchos procesos biológicos.

Una de las investigadoras principales, la profesora Sarah Haigh, comentó: "Dada la gran importancia industrial y científica de este comportamiento, es realmente sorprendente lo mucho que nos queda por aprender sobre los fundamentos de cómo se comportan los átomos en las superficies en contacto con los líquidos. Una de las razones por las que falta información es la ausencia de técnicas capaces de aportar datos experimentales sobre las interfaces sólido-líquido".

La microscopía electrónica de transmisión (TEM) es una de las pocas técnicas que permiten ver y analizar átomos individuales. Sin embargo, el instrumento TEM requiere un entorno de alto vacío, y la estructura de los materiales cambia en el vacío. El primer autor, el Dr. Nick Clark, explicó: "En nuestro trabajo demostramos que se proporciona información engañosa si el comportamiento atómico se estudia en el vacío en lugar de utilizar nuestras células líquidas".

El profesor Roman Gorbachev ha sido pionero en el apilamiento de materiales 2D para la electrónica, pero aquí su grupo ha utilizado esas mismas técnicas para desarrollar una "doble célula líquida de grafeno". Una capa 2D de disulfuro de molibdeno se suspendió completamente en el líquido y se encapsuló con ventanas de grafeno. Este novedoso diseño les permitió proporcionar capas de líquido controladas con precisión, lo que permitió captar vídeos sin precedentes que mostraban a los átomos individuales "nadando" rodeados de líquido.

Analizando el movimiento de los átomos en los vídeos y comparándolo con los conocimientos teóricos aportados por sus colegas de la Universidad de Cambridge, los investigadores pudieron comprender el efecto del líquido en el comportamiento atómico. Se descubrió que el líquido aceleraba el movimiento de los átomos y también cambiaba sus lugares de reposo preferidos con respecto al sólido subyacente.

El equipo estudió un material prometedor para la producción ecológica de hidrógeno, pero la tecnología experimental que han desarrollado puede utilizarse para muchas aplicaciones diferentes.

El Dr. Nick Clark dijo: "Este es un logro histórico y es sólo el principio: ya estamos pensando en utilizar esta técnica para apoyar el desarrollo de materiales para el procesamiento químico sostenible, necesario para alcanzar las ambiciones mundiales de cero emisiones".

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