I ricercatori del Istituto nazionale del grafene presso l’Università di Manchester hanno scoperto un modo per utilizzare la luce per accelerare il trasporto dei protoni grafeneche potrebbe rivoluzionare il modo in cui noi generare idrogeno.
Grafene. Credito immagine: Università di Manchester
Il trasporto dei protoni è un passo fondamentale in molte tecnologie di energia rinnovabile, come le celle a combustibile a idrogeno e la scissione dell’acqua solare, ed è stato precedentemente dimostrato che è permeabile ai protoni da scienziati di Manchester.
Un nuovo studio pubblicato su Comunicazioni sulla natura ha dimostrato che la luce può accelerare il trasporto dei protoni attraverso il grafene. Il grafene è un singolo strato di atomi di carbonio che è un eccellente conduttore sia di elettricità che di calore. Tuttavia, in precedenza si pensava che il grafene fosse impermeabile ai protoni.
I ricercatori hanno scoperto che quando il grafene viene illuminato dalla luce, gli elettroni nel grafene si eccitano. Questi elettroni eccitati interagiscono quindi con i protoni, accelerando il loro trasporto attraverso il materiale.
Questa scoperta potrebbe avere un impatto significativo sullo sviluppo di nuove tecnologie di energia rinnovabile. Ad esempio, potrebbe portare allo sviluppo di celle a combustibile a idrogeno più efficienti e di dispositivi solari per la scissione dell’acqua.
“Comprendere la connessione tra le proprietà elettroniche e di trasporto ionico nelle interfacce elettrodo-elettrolita su scala molecolare potrebbe consentire nuove strategie per accelerare i processi centrali in molte tecnologie di energia rinnovabile, tra cui la generazione e l’utilizzo dell’idrogeno”, ha affermato il ricercatore capo Dott. Marcelo Lozada-Hidalgo.
Il grafene, un singolo strato di atomi di carbonio, è un ottimo conduttore elettronico e, inaspettatamente, si è scoperto che è permeabile anche ai protoni. Tuttavia, si credeva che le sue proprietà protoniche ed elettroniche fossero completamente indipendenti.
Ora, il team ha misurato sia il trasporto dei protoni che le proprietà elettroniche del grafene sotto illuminazione e ha scoperto che l’eccitazione degli elettroni nel grafene con la luce accelera il trasporto dei protoni.
La prova decisiva di questa connessione è stata l’osservazione di un fenomeno noto come “blocco di Pauli” nel trasporto dei protoni. Questa è una proprietà elettronica insolita del grafene, mai osservata nel trasporto dei protoni. In sostanza, è possibile aumentare l’energia degli elettroni nel grafene a tal punto che il grafene non assorbe più la luce – da qui il “blocco”.
I ricercatori dimostrano che lo stesso blocco avviene nel trasporto di protoni guidato dalla luce, aumentando l’energia degli elettroni nel grafene. Questa osservazione inaspettata dimostra che le proprietà elettroniche del grafene sono importanti per le sue proprietà di permeazione dei protoni.
Dottor Shiqi Huang Il co-primo autore del lavoro ha dichiarato: “Siamo rimasti sorpresi dal fatto che la risposta fotografica dei nostri dispositivi di conduzione di protoni potesse essere spiegata dal meccanismo di blocco di Pauli, che finora era stato osservato solo nelle misurazioni elettroniche. Ciò fornisce informazioni su come protoni, elettroni e fotoni interagiscono in interfacce atomicamente sottili”.
“Nei nostri dispositivi, il grafene viene effettivamente bombardato da protoni, che perforano la sua nuvola elettronica. Siamo rimasti sorpresi nel vedere che gli elettroni fotoeccitati potevano controllare questo flusso di protoni”, ha commentato Dottor Eoin Griffin co-primo autore.
Fonte: Università di Manchester
Da un’altra testata giornalistica. news de www.technology.org
