L’énergie verte est au cœur de nos préoccupations actuelles, et la découverte de nouvelles méthodes pour la générer est essentielle. Les scientifiques des universités de Warwick et de Manchester ont résolu une énigme qui durait depuis longtemps concernant le graphène et sa capacité à être perméable aux protons. Mais qu’est-ce que cela signifie pour notre avenir énergétique ? Plongeons-nous dans les détails de cette découverte fascinante.
Il y a une décennie, des scientifiques de l’Université de Manchester ont démontré que le graphène est perméable aux protons, noyaux des atomes d’hydrogène. Le résultat inattendu a suscité un débat dans la communauté scientifique, la théorie prédisant qu’il faudrait des milliards d’années pour qu’un proton traverse la structure cristalline dense du graphène.
La résolution du mystère
Des suggestions avaient été faites que les protons ne traversent pas le treillis cristallin lui-même, mais les trous dans sa structure. Écrivant dans Nature, une collaboration entre l’Université de Warwick et l’Université de Manchester a prouvé que les cristaux de graphène parfaits sont perméables aux protons. De plus, les protons sont fortement accélérés autour des rides et des ondulations nanométriques dans le cristal.
Potentiel pour l’économie de l’hydrogène
Cette découverte a le potentiel d’accélérer l’économie de l’hydrogène. Les catalyseurs et membranes coûteux actuellement utilisés pourraient être remplacés par des cristaux 2D plus durables, réduisant les émissions de carbone et contribuant à Net Zero par la production d’hydrogène vert.
Techniques et résultats
La technique de la microscopie à cellule électrochimique à balayage (SECCM) a été utilisée pour mesurer les courants de protons minuscules. Cela a permis aux chercheurs de visualiser la répartition spatiale des courants de protons à travers les membranes de graphène. Contrairement à certaines spéculations, aucun trou dans les membranes de graphène n’a été trouvé.
Les courants de protons étaient accélérés autour des rides nanométriques dans les cristaux. Les scientifiques ont trouvé que cela survient parce que les rides étirent effectivement le treillis de graphène, fournissant ainsi un espace plus grand pour que les protons traversent le treillis cristallin intact.
Le Dr Lozada-Hidalgo a déclaré : « Nous étirons effectivement une maille à l’échelle atomique et observons un courant plus élevé à travers les espaces interatomiques étirés de cette maille – c’est vraiment époustouflant« .
Implications et avenir
Le professeur Unwin commente : « Ces résultats démontrent que le SECCM, développé 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. »
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Les auteurs sont enthousiasmés par le potentiel de cette découverte pour permettre de nouvelles technologies à base d’hydrogène. Selon le Dr Lozada-Hidalgo, « Exploiter l’activité catalytique des rides et des ondulations dans les cristaux 2D est une nouvelle façon fondamentale 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. »
En synthèse
Cette découverte révolutionne notre compréhension du graphène et de ses propriétés. Elle ouvre la voie à de nouvelles applications potentielles dans l’économie de l’hydrogène et pourrait jouer un rôle clé dans la réduction des émissions de carbone et la promotion de l’énergie durable. Les possibilités sont immenses, et l’avenir semble prometteur.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce que le graphène ?
Le graphène est une forme de carbone composée d’une seule couche d’atomes disposée en une structure en treillis bidimensionnelle.
Comment le graphène peut-il aider l’économie de l’hydrogène ?
Grâce à sa perméabilité aux protons, le graphène pourrait remplacer les méthodes actuelles coûteuses et moins durables de production et d’utilisation de l’hydrogène.
Quelle technique a été utilisée pour cette découverte ?
La microscopie à cellule électrochimique à balayage (SECCM) a été utilisée pour visualiser et mesurer les courants de protons.
Quelles sont les implications pour l’avenir ?
Cette découverte pourrait ouvrir la voie à de nouvelles technologies à base d’hydrogène, contribuant à un avenir plus propre et plus durable.
Lire l’article complet ici https://www.nature.com/articles/s41586-023-06247-6 | DOI : 10.1038/s41586-023-06247-6
