Les scientifiques du graphène capturent les premières images d’atomes “nageant” dans un liquide

Les atomes nagent dans le liquide grâce au graphène. Crédit : Université de Manchester

Des scientifiques du graphène de l’Université de Manchester ont créé une nouvelle “nano-boîte de Pétri” utilisant des matériaux bidimensionnels (2D) pour créer une nouvelle méthode d’observation de la façon dont les atomes se déplacent dans un liquide.

Publier dans le magazine La naturel’équipe dirigée par des chercheurs du National Graphene Institute (NGI) a utilisé des empilements de matériaux 2D tels que le graphène pour piéger le liquide afin de mieux comprendre comment la présence de liquide modifie le comportement du solide.

L’équipe a pu capturer des images d’atomes individuels “nageant” dans un liquide pour la première fois. Les résultats pourraient avoir un impact généralisé sur le développement futur des technologies vertes telles que la production d’hydrogène.

Lorsqu’une surface solide est en contact avec un liquide, les deux substances changent de configuration en réponse à la proximité de l’autre. De telles interactions à l’échelle atomique aux interfaces solide-liquide déterminent le comportement des batteries et des piles à combustible pour la production d’électricité propre, déterminent également l’efficacité de la production d’eau propre et soutiennent de nombreux processus biologiques.

L’une des principales chercheuses, la professeure Sarah Haigh, a commenté : « Compte tenu de l’importance industrielle et scientifique généralisée d’un tel comportement, il est vraiment surprenant de constater à quel point nous avons encore à apprendre sur les principes fondamentaux du comportement des atomes sur les surfaces qui entrent en contact avec des liquides. L’une des raisons pour lesquelles l’information manque est l’absence de techniques qui peuvent fournir des données expérimentales pour les interfaces solide-liquide.”

La microscopie électronique à transmission (TEM) est l’une des rares techniques permettant de voir et d’analyser des atomes individuels. Cependant, l’instrument TEM nécessite un environnement de vide poussé et la structure des matériaux change dans le vide. Premier auteur Dr. Nick Clark a expliqué: “Dans notre travail, nous montrons que des informations trompeuses sont fournies lors de l’étude du comportement atomique dans le vide plutôt que d’utiliser nos cellules liquides.”

Le professeur Roman Gorbachev est un pionnier dans l’empilement de matériaux 2D pour l’électronique, mais ici, son groupe a utilisé ces mêmes techniques pour développer une “cellule liquide à double graphène”. Une couche 2D de bisulfure de molybdène a été complètement suspendue dans un liquide et encapsulée par des fenêtres en graphène. Cette nouvelle conception leur a permis de fournir des couches de liquide contrôlées avec précision, capturant des vidéos sans précédent des atomes individuels “nageant” entourés de liquide.

En analysant le mouvement des atomes dans les vidéos et en les comparant aux connaissances théoriques de collègues de l’Université de Cambridge, les chercheurs ont pu comprendre l’effet du liquide sur le comportement atomique. On a découvert que le liquide accélérait le mouvement des atomes et modifiait également leurs lieux de repos préférés par rapport au solide sous-jacent.

L’équipe a étudié un matériau prometteur pour la production d’hydrogène vert, mais la technologie expérimentale qu’ils ont développée peut être utilisée pour de nombreuses applications différentes.

dr. Nick Clark a déclaré : « Il s’agit d’une étape importante et ce n’est que le début – nous cherchons déjà à utiliser cette technique pour soutenir le développement de matériaux de traitement chimique durables nécessaires pour atteindre les ambitions mondiales de zéro net ».


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Plus d’information:
Nick Clark et al, Suivi d’adatomes simples dans un liquide dans un microscope électronique à transmission, La nature (2022). DOI : 10.1038/s41586-022-05130-0

Fourni par l’Université de Manchester

Devis: Les scientifiques du graphène créent les premières images d’atomes “nageant” dans un liquide (2022, 27 juillet) Récupéré le 28 juillet 2022 sur https://phys.org/news/2022-07-graphene-scientists-capture-images-atoms.html

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