Grafene, impermeabile a tutti i gas e liquidi, può facilmente consentire ai protoni di attraversarlo, Lo hanno scoperto i ricercatori dell'Università di Manchester.

Pubblicato sulla rivista Natura , la scoperta potrebbe rivoluzionare le celle a combustibile e altre tecnologie basate sull'idrogeno poiché richiedono una barriera che consenta solo ai protoni, ovvero agli atomi di idrogeno privati ​​dei loro elettroni, di passare.

Inoltre, le membrane di grafene potrebbero essere utilizzate per setacciare il gas idrogeno dall'atmosfera, dove è presente in quantità minime, creando la possibilità di generatori elettrici alimentati ad aria.

Grafene materiale spesso un atomo, isolato ed esplorato per la prima volta nel 2004 da un team dell'Università di Manchester, è rinomato per le sue proprietà barriera, che ha una serie di usi in applicazioni come rivestimenti anticorrosione e imballaggi impermeabili.

Per esempio, ci vorrebbe la vita dell'universo per l'idrogeno, il più piccolo di tutti gli atomi, perforare un monostrato di grafene.

Ora un gruppo guidato da Sir Andre Geim ha testato se anche i protoni sono respinti dal grafene. Si aspettavano pienamente che i protoni sarebbero stati bloccati, poiché la teoria esistente prevedeva una permeazione protonica ridotta rispetto all'idrogeno.

Nonostante la prognosi pessimistica, i ricercatori hanno scoperto che i protoni passano attraverso i cristalli ultrasottili in modo sorprendentemente facile, soprattutto a temperature elevate e se i film fossero ricoperti con nanoparticelle catalitiche come il platino.

La scoperta rende monostrati di grafene, e il suo materiale gemello nitruro di boro, attraente per possibili usi come membrane conduttrici di protoni, che sono al centro della moderna tecnologia delle celle a combustibile. Le celle a combustibile utilizzano ossigeno e idrogeno come combustibile e convertono l'energia chimica in ingresso direttamente in elettricità. Senza membrane che permettano un flusso esclusivo di protoni ma impediscano il passaggio di altre specie, questa tecnologia non esisterebbe.

Nonostante sia ben consolidato, La tecnologia delle celle a combustibile richiede ulteriori miglioramenti per renderla più ampiamente utilizzata. Uno dei problemi principali è un crossover di carburante attraverso le membrane protoniche esistenti, che ne riduce l'efficienza e la durata.

La ricerca dell'Università di Manchester suggerisce che l'uso di grafene o nitruro di boro monostrato può consentire alle membrane esistenti di diventare più sottili ed efficienti, con meno carburante crossover e avvelenamento. Questo può aumentare la competitività delle celle a combustibile.

Il gruppo di Manchester ha anche dimostrato che le loro membrane dello spessore di un atomo possono essere utilizzate per estrarre idrogeno da un'atmosfera umida. Ipotizziamo che tale raccolta possa essere combinata con le celle a combustibile per creare un generatore elettrico mobile alimentato semplicemente dall'idrogeno presente nell'aria.

Marcelo Lozada-Hidalgo, uno studente di dottorato e autore corrispondente di questo articolo, disse:"Quando sai come dovrebbe funzionare, è una configurazione molto semplice. Metti un gas contenente idrogeno da un lato, applicare una piccola corrente elettrica e raccogliere idrogeno puro dall'altra parte. Questo idrogeno può quindi essere bruciato in una cella a combustibile.

"Abbiamo lavorato con piccole membrane, e il flusso di idrogeno ottenuto è ovviamente minimo finora. Ma questa è la fase iniziale della scoperta, e il documento è quello di rendere gli esperti consapevoli delle prospettive esistenti. Costruire e testare i raccoglitori di idrogeno richiederà molto più sforzo".

Dottor Sheng Hu, un ricercatore post-dottorato e il primo autore di questo lavoro, ha aggiunto:"Sembra estremamente semplice e altrettanto promettente. Poiché il grafene può essere prodotto in questi giorni in fogli di metri quadrati, speriamo che prima o poi trovi la sua strada verso le celle a combustibile commerciali".