Des scientifiques du graphène de l’Université de Manchester ont créé une nouvelle « nano-boîte de Pétri » utilisant des matériaux bidimensionnels (2D) pour créer une nouvelle méthode d’observation de la façon dont les atomes se déplacent dans un liquide.
Publication dans la revue La naturel’équipe dirigée par des chercheurs basés au National Graphene Institute (NGI) a utilisé des empilements de matériaux 2D comme le graphène pour piéger le liquide afin de mieux comprendre comment la présence de liquide modifie le comportement du solide.
L’équipe a pu capturer pour la première fois des images d’atomes uniques « nageant » dans un liquide. Les résultats pourraient avoir un impact généralisé sur le développement futur des technologies vertes telles que la production d’hydrogène.
Lorsqu’une surface solide est en contact avec un liquide, les deux substances changent de configuration en réponse à la proximité de l’autre. Ces interactions à l’échelle atomique aux interfaces solide-liquide régissent le comportement des batteries et des piles à combustible pour la production d’électricité propre, ainsi que la détermination de l’efficacité de la production d’eau propre et sous-tendent de nombreux processus biologiques.
L’un des principaux chercheurs, le professeur Sarah Haigh, a commenté : « Compte tenu de l’importance industrielle et scientifique généralisée d’un tel comportement, il est vraiment surprenant de constater à quel point nous avons encore à apprendre sur les principes fondamentaux du comportement des atomes sur les surfaces en contact avec des liquides. l’une des raisons pour lesquelles l’information manque est l’absence de techniques capables de fournir des données expérimentales pour les interfaces solide-liquide. »
La microscopie électronique à transmission (TEM) est l’une des rares techniques permettant de voir et d’analyser des atomes individuels. Cependant, l’instrument TEM nécessite un environnement à vide poussé et la structure des matériaux change dans le vide. Le premier auteur, le Dr Nick Clark, a expliqué: « Dans notre travail, nous montrons que des informations trompeuses sont fournies si le comportement atomique est étudié dans le vide au lieu d’utiliser nos cellules liquides. »
Le professeur Roman Gorbachev a été le pionnier de l’empilement de matériaux 2D pour l’électronique, mais ici, son groupe a utilisé ces mêmes techniques pour développer une « cellule liquide à double graphène ». Une couche 2D de bisulfure de molybdène a été entièrement suspendue dans un liquide et encapsulée par des fenêtres en graphène. Cette nouvelle conception leur a permis de fournir des couches de liquide contrôlées avec précision, permettant de capturer des vidéos sans précédent montrant les atomes individuels « nageant » autour, entourés de liquide.
En analysant la façon dont les atomes se déplaçaient dans les vidéos et en les comparant aux connaissances théoriques fournies par des collègues de l’Université de Cambridge, les chercheurs ont pu comprendre l’effet du liquide sur le comportement atomique. Il a été constaté que le liquide accélère le mouvement des atomes et modifie également leurs sites de repos préférés par rapport au solide sous-jacent.
L’équipe a étudié un matériau prometteur pour la production d’hydrogène vert, mais la technologie expérimentale qu’ils ont développée peut être utilisée pour de nombreuses applications différentes.
Le Dr Nick Clark a déclaré : « Il s’agit d’une réalisation marquante et ce n’est que le début. Nous cherchons déjà à utiliser cette technique pour soutenir le développement de matériaux pour le traitement chimique durable, nécessaire pour atteindre les ambitions mondiales de zéro net.
Nick Clark et al, Suivi d’adatomes simples dans un liquide dans un microscope électronique à transmission, La nature (2022). DOI : 10.1038/s41586-022-05130-0