El descubrimiento del grafeno podría ayudar a generar hidrógeno de forma barata y sostenible
Perspectivas microscópicas de las interfaces electroquímicas
Investigadores de la Universidad de Warwick y la Universidad de Manchester han resuelto por fin el viejo enigma de por qué el grafeno es mucho más permeable a los protones de lo esperado por la teoría.
Hace una década, científicos de la Universidad de Manchester demostraron que el grafeno es permeable a los protones, núcleos de los átomos de hidrógeno.
El inesperado resultado abrió un debate en la comunidad científica, ya que la teoría preveía que un protón tardaría miles de millones de años en atravesar la densa estructura cristalina del grafeno. Esto había llevado a sugerir que los protones no atravesaban la red cristalina en sí, sino los agujeros de su estructura.
Ahora, una colaboración entre la Universidad de Warwick, dirigida por el profesor Patrick Unwin, y la Universidad de Manchester, dirigida por el Dr. Marcelo Lozada-Hidalgo y el profesor Andre Geim, publica en Nature mediciones de altísima resolución espacial del transporte de protones a través del grafeno y demuestra que los cristales de grafeno perfectos son permeables a los protones. Inesperadamente, los protones se aceleran con fuerza alrededor de las arrugas y ondulaciones a nanoescala del cristal.
El descubrimiento puede acelerar la economía del hidrógeno. Los costosos catalizadores y membranas que se utilizan actualmente para generar y utilizar hidrógeno, a veces con un importante impacto ambiental, podrían sustituirse por cristales 2D más sostenibles, lo que reduciría las emisiones de carbono y contribuiría a la consecución del objetivo Net Zero mediante la generación de hidrógeno verde.
El equipo utilizó una técnica conocida como microscopía electroquímica de barrido de células (SECCM) para medir diminutas corrientes de protones recogidas en 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 tuviera lugar a través de agujeros, como especulaban algunos científicos, las corrientes se concentrarían en unos pocos puntos aislados. No se encontraron tales puntos aislados, lo que descartó la presencia de agujeros en las membranas de grafeno.
Los doctores Segun Wahab y Enrico Daviddi, autores principales del trabajo, comentaron: "Nos sorprendió no ver absolutamente ningún defecto en los cristales de grafeno. Nuestros resultados proporcionan una prueba microscópica de que el grafeno es intrínsecamente permeable a los protones".
Inesperadamente, se observó que las corrientes de protones se aceleraban alrededor de las arrugas de tamaño nanométrico de los cristales. Los científicos descubrieron que esto se debe a que las arrugas "estiran" de hecho la red de grafeno, proporcionando así un mayor espacio para que los protones penetren a través de la red cristalina prístina. Esta observación concilia ahora el experimento y la teoría.
En palabras del Dr. Lozada-Hidalgo: "Estamos estirando efectivamente una malla a escala atómica y observando una mayor corriente a través de los espacios interatómicos estirados en esta malla - esto es realmente alucinante".
El profesor Unwin comentó "Estos resultados ponen de manifiesto que SECCM, desarrollada en nuestro laboratorio, es una técnica poderosa para obtener conocimientos microscópicos de las interfaces electroquímicas, lo que abre posibilidades apasionantes para el diseño de membranas y separadores de próxima generación en los que intervienen protones."
Los autores están entusiasmados con el potencial de este descubrimiento para hacer posibles nuevas tecnologías basadas en el hidrógeno. El Dr. Lozada-Hidalgo afirmó: "Explotar la actividad catalítica de las ondulaciones y arrugas 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 de bajo coste para tecnologías relacionadas con el hidrógeno."
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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