Il grafene è perfettamente selettivo per i protoni e blocca anche gli ioni più piccoli come il cloro, La ricerca dell'Università di Manchester mostra. Questo risultato sarà importante per lo sviluppo di membrane a base di grafene per applicazioni che vanno dalle celle a combustibile alla desalinizzazione.

Scrivendo in Comunicazioni sulla natura , un team guidato dal Dr. Marcelo Lozada-Hidalgo e dal Professor Andre Geim mostra che i materiali 2-D come il grafene e il nitruro di boro esagonale, noto anche come 'grafene bianco, " sono impenetrabili a tutti gli ioni. Solo i protoni possono trasportare attraverso questi cristalli, che permette membrane con perfetta selettività protonica.

I ricercatori avevano precedentemente scoperto che i protoni permeano facilmente attraverso il reticolo cristallino del grafene. Però, rimaneva sconosciuto se altri piccoli ioni potessero perforare il denso reticolo cristallino in questi materiali. Ora i ricercatori hanno scoperto che solo i protoni possono farlo.

Oltre alla sua rilevanza per lo sviluppo di membrane cristalline 2-D, il lavoro supporta ulteriormente la precedente conclusione che i fori nel reticolo cristallino non sono necessari per il trasporto di protoni attraverso cristalli 2-D. Il cristallo 2-D stesso è altamente permeabile ai protoni.

Lucas Mogg, un dottorato di ricerca studente sul progetto e il primo autore del documento ha dichiarato:"Nei nostri esperimenti, le membrane di cristallo 2-D separano i serbatoi che contengono sia protoni che ioni di cloro. Questi serbatoi sono praticamente infiniti rispetto alle dimensioni della nostra membrana di cristallo 2-D. Siamo rimasti molto sorpresi di vedere che una barriera dello spessore di un atomo era sufficiente per impedire a tutti gli ioni di cloro di attraversare. Anche le spesse membrane polimeriche progettate appositamente per separare gli ioni a volte non riescono a raggiungere una selettività così perfetta".

Questi risultati sono rilevanti per gli sviluppi teorici nel campo dei conduttori ionici 2-D, aggiunge il dottor Lozada-Hidalgo. "I nostri risultati mostrano in modo conclusivo che il trasporto di protoni attraverso i cristalli bidimensionali avviene attraverso la loro massa e non richiede difetti su scala atomica. Questo è uno sviluppo importante nella nostra comprensione dell'interazione tra ioni e cristalli atomicamente sottili con implicazioni che si estendono bene oltre il presente studio."

Si ritiene inoltre che i risultati siano importanti per lo sviluppo di un'ampia gamma di applicazioni che utilizzano il grafene come materiali per membrane. "I nostri risultati hanno implicazioni per le tecnologie che utilizzano il grafene come materiale di membrana. La rapida permeazione protonica dei protoni attraverso la massa cristallina 2-D incontaminata in genere non viene presa in considerazione. Tuttavia, potrebbe essere importante per progettare e ottimizzare queste membrane, soprattutto quando si opera in condizioni acide, " spiega Marcelo Lozada-Hidalgo.

I ricercatori sono entusiasti delle prospettive aperte da questo lavoro. Credono che molti più cristalli potrebbero essere studiati usando un approccio simile. La maggior parte dei cristalli 2-D rimane inesplorata da questa prospettiva. I ricercatori pensano che in questi nuovi materiali potrebbero essere trovati fenomeni più inaspettati e nuove applicazioni.