La perméabilité aux protons du graphène : un interrupteur pour les futures technologies énergétiques
Cette découverte pourrait conduire à la mise au point de piles à hydrogène et de dispositifs solaires de séparation de l'eau plus efficaces
Des chercheurs du National Graphene Institute de l'université de Manchester ont découvert un moyen d'utiliser la lumière pour accélérer le transport des protons à travers le graphène, ce qui pourrait révolutionner la façon dont nous produisons de l'hydrogène.
Le transport de protons est une étape clé dans de nombreuses technologies d'énergie renouvelable, telles que les piles à combustible à hydrogène et la séparation solaire de l'eau, et les scientifiques de Manchester avaient déjà démontré que le graphène était perméable aux protons.
Une nouvelle étude publiée dans Nature Communications montre que la lumière peut être utilisée pour accélérer le transport des protons à travers le graphène. Le graphène est une couche unique d'atomes de carbone qui est un excellent conducteur d'électricité et de chaleur. Cependant, on pensait auparavant que le graphène était imperméable aux protons.
Les chercheurs ont découvert que lorsque le graphène est éclairé par la lumière, les électrons du graphène sont excités. Ces électrons excités interagissent alors avec les protons, accélérant leur transport à travers le matériau.
Cette découverte pourrait avoir un impact significatif sur le développement de nouvelles technologies d'énergie renouvelable. Par exemple, elle pourrait conduire au développement de piles à hydrogène et de dispositifs de séparation de l'eau par voie solaire plus efficaces.
"Comprendre le lien entre les propriétés électroniques et les propriétés de transport des ions dans les interfaces électrode-électrolyte à l'échelle moléculaire pourrait permettre d'élaborer de nouvelles stratégies pour accélérer les processus essentiels à de nombreuses technologies d'énergie renouvelable, notamment la production et l'utilisation d'hydrogène", a déclaré le chercheur principal, le Dr Marcelo Lozada-Hidalgo.
Le graphène, une simple couche d'atomes de carbone, est un excellent conducteur électronique et, de manière inattendue, il s'est également révélé perméable aux protons. Cependant, on pensait que ses propriétés électroniques et protoniques n'étaient pas du tout liées. L'équipe a maintenant mesuré le transport des protons et les propriétés électroniques du graphène sous illumination et a découvert que l'excitation des électrons dans le graphène par la lumière accélère le transport des protons.
La preuve irréfutable de ce lien a été l'observation d'un phénomène connu sous le nom de "blocage de Pauli" dans le transport des protons. Il s'agit d'une propriété électronique inhabituelle du graphène, jamais observée dans le transport de protons. En substance, il est possible d'augmenter l'énergie des électrons dans le graphène à un point tel que le graphène n'absorbe plus la lumière - d'où le "blocage". Les chercheurs démontrent que le même blocage se produit dans le transport de protons par la lumière en augmentant l'énergie des électrons dans le graphène. Cette observation inattendue démontre que les propriétés électroniques du graphène sont importantes pour ses propriétés de perméabilité aux protons.
Shiqi Huang, coauteur de l'étude, a déclaré : "Nous avons été surpris de constater que la réponse photographique de nos dispositifs conducteurs de protons pouvait s'expliquer par le mécanisme de blocage de Pauli, qui n'avait été observé jusqu'à présent que dans les mesures électroniques. Cela nous permet de mieux comprendre comment les protons, les électrons et les photons interagissent dans les interfaces atomiquement minces".
"Dans nos dispositifs, le graphène est effectivement bombardé par des protons qui percent son nuage électronique. Nous avons été surpris de constater que les électrons photo-excités pouvaient contrôler ce flux de protons", a commenté le Dr Eoin Griffin, coauteur.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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