Científicos del grafeno capturan las primeras imágenes de átomos «nadando» en el líquido

Científicos de grafeno de la Universidad de Manchester han creado una nueva «placa de nanopetri» utilizando materiales bidimensionales (2D) para crear un nuevo método para observar cómo se mueven los átomos en un líquido.

Publicación en el periódico Naturalezael equipo dirigido por investigadores del Instituto Nacional del Grafeno (NGI) utilizó pilas de materiales 2D como el grafeno para atrapar líquidos con el fin de comprender mejor cómo la presencia de líquido modifica el comportamiento del sólido.

El equipo pudo capturar imágenes de átomos individuales «nadando» en el líquido por primera vez. Los hallazgos podrían tener un impacto generalizado en el desarrollo futuro de tecnologías verdes como la producción de hidrógeno.

Cuando una superficie sólida está en contacto con un líquido, ambas sustancias cambian su configuración en respuesta a la proximidad de la otra. Estas interacciones a escala atómica en las interfaces sólido-líquido gobiernan el comportamiento de las baterías y las celdas de combustible para la generación de electricidad limpia, además de determinar la eficiencia de la generación de agua limpia y subyacen a muchos procesos biológicos.

La investigadora principal, la profesora Sarah Haigh, comentó: «Dada la importancia industrial y científica generalizada de tal comportamiento, es realmente sorprendente cuánto nos queda por aprender sobre los fundamentos del comportamiento de los átomos en superficies en contacto con líquidos. La falta de información es la ausencia de técnicas capaces de producir datos experimentales para interfases sólido-líquido».

La microscopía electrónica de transmisión (TEM) es una de las pocas técnicas que permite átomos individuales para ver y analizar. Sin embargo, la herramienta TEM requiere un entorno de alto vacío y la estructura de los materiales cambia en el vacío. El primer autor, el Dr. Nick Clark, explicó: «En nuestro trabajo, mostramos que se proporciona información engañosa si el comportamiento atómico se estudia en el vacío en lugar de usar nuestras células líquidas».

El profesor Roman Gorbachev fue pionero en el apilamiento de materiales 2D para la electrónica, pero aquí su grupo utilizó las mismas técnicas para desarrollar una «célula líquida de grafeno doble». Una capa 2D de disulfuro de molibdeno fue completamente suspendido en líquido y encapsulado por grafeno ventanas Este nuevo diseño les permitió entregar capas de líquido controladas con precisión, lo que les permitió capturar videos sin precedentes que muestran átomos individuales «nadando» a su alrededor, rodeados de líquido.

Al analizar el movimiento de los átomos en los videos y compararlos con los conocimientos teóricos proporcionados por colegas de la Universidad de Cambridge, los investigadores pudieron comprender el efecto del líquido en el comportamiento atómico. Se encontró que el líquido acelera el movimiento de los átomos y también cambia sus sitios de descanso preferidos en relación con el sólido subyacente.

El equipo estudió un material prometedor para el verde. producción de hidrógeno pero la tecnología experimental que han desarrollado se puede utilizar para muchas aplicaciones diferentes.

El Dr. Nick Clark dijo: «Este es un hito importante y solo el comienzo: ya estamos buscando utilizar esta técnica para apoyar el desarrollo de materiales para el tratamiento químico sostenible necesario para lograr las ambiciones netas cero del mundo».