Atomi che nuotano nel liquido grazie al grafene. Credito:Università di Manchester
Gli scienziati del grafene dell'Università di Manchester hanno creato una nuova "capsula di nano-petri" utilizzando materiali bidimensionali (2D) per creare un nuovo metodo per osservare come si muovono gli atomi nel liquido.
Pubblicazione sulla rivista Natura , il team guidato da ricercatori con sede presso il National Graphene Institute (NGI) ha utilizzato pile di materiali 2D come il grafene per intrappolare il liquido al fine di comprendere ulteriormente come la presenza di liquido modifichi il comportamento del solido.
Il team è stato in grado di catturare per la prima volta immagini di singoli atomi che "nuotano" nel liquido. I risultati potrebbero avere un impatto diffuso sullo sviluppo futuro di tecnologie verdi come la produzione di idrogeno.
Quando una superficie solida è a contatto con un liquido, entrambe le sostanze cambiano la loro configurazione in risposta alla vicinanza dell'altra. Tali interazioni su scala atomica alle interfacce solido-liquido governano il comportamento delle batterie e delle celle a combustibile per la generazione di elettricità pulita, oltre a determinare l'efficienza della generazione di acqua pulita e sono alla base di molti processi biologici.
Uno dei principali ricercatori, la professoressa Sarah Haigh, ha commentato:"Data la diffusa importanza industriale e scientifica di tale comportamento, è davvero sorprendente quanto dobbiamo ancora imparare sui fondamenti del comportamento degli atomi sulle superfici a contatto con i liquidi. Uno dei motivi per cui mancano informazioni è l'assenza di tecniche in grado di produrre dati sperimentali per interfacce solido-liquido."
La microscopia elettronica a trasmissione (TEM) è una delle poche tecniche che consente di vedere e analizzare i singoli atomi. Tuttavia, lo strumento TEM richiede un ambiente ad alto vuoto e la struttura dei materiali cambia nel vuoto. Il primo autore, il dottor Nick Clark, ha spiegato:"Nel nostro lavoro dimostriamo che vengono fornite informazioni fuorvianti se il comportamento atomico viene studiato nel vuoto invece di utilizzare le nostre cellule liquide".
Il professor Roman Gorbaciov ha aperto la strada all'impilamento di materiali 2D per l'elettronica, ma qui il suo gruppo ha utilizzato le stesse tecniche per sviluppare una "cella liquida a doppio grafene". Uno strato 2D di bisolfuro di molibdeno era completamente sospeso in un liquido e incapsulato da finestre di grafene. Questo nuovo design ha permesso loro di fornire strati liquidi controllati con precisione, consentendo di acquisire video senza precedenti che mostrano i singoli atomi che "nuotano" intorno, circondati da liquido.
Analizzando il movimento degli atomi nei video e confrontandoli con le intuizioni teoriche fornite dai colleghi dell'Università di Cambridge, i ricercatori sono stati in grado di comprendere l'effetto del liquido sul comportamento atomico. Si è scoperto che il liquido accelera il movimento degli atomi e cambia anche i loro siti di riposo preferiti rispetto al solido sottostante.
Il team ha studiato un materiale promettente per la produzione di idrogeno verde, ma la tecnologia sperimentale che hanno sviluppato può essere utilizzata per molte applicazioni diverse.
Il dottor Nick Clark ha dichiarato:"Questo è un traguardo importante ed è solo l'inizio:stiamo già cercando di utilizzare questa tecnica per supportare lo sviluppo di materiali per un trattamento chimico sostenibile, necessario per raggiungere le ambizioni di zero netto del mondo". + Esplora ulteriormente
