Des scientifiques en graphène de l'Université de Manchester ont créé une nouvelle « boîte de nano-pétri » utilisant des matériaux bidimensionnels (2D) pour créer une nouvelle méthode d'observation de la façon dont les atomes se déplacent dans un liquide.

Publiant dans la revue Nature, l'équipe dirigée par des chercheurs basés au National Graphene Institute (NGI) a utilisé des piles 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 considérable sur le développement futur de 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. De telles 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, déterminent également l’efficacité de la production d’eau propre et sous-tendent de nombreux processus biologiques.

L’une des principales chercheuses, le professeur Sarah Haigh, a commenté : « Compte tenu de l’importance industrielle et scientifique généralisée d’un tel comportement, il est vraiment surprenant de voir combien 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 les informations manquent est l’absence de techniques capables de produire des données expérimentales sur les interfaces solide-liquide.

La microscopie électronique à transmission (TEM) est l'une des rares techniques permettant d'observer et d'analyser des atomes individuels. Cependant, l’instrument TEM nécessite un environnement de vide poussé et la structure des matériaux change dans le vide. Le premier auteur, le Dr Nick Clark, a expliqué : « Dans nos travaux, nous montrons que des informations trompeuses sont fournies si le comportement atomique est étudié sous vide au lieu d’utiliser nos cellules liquides. »

Le professeur Roman Gorbatchev 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 était entièrement en suspension 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 ainsi de capturer des vidéos sans précédent montrant des atomes uniques « nageant » entourés de liquide.

En analysant le mouvement des atomes 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’elle a développée peut être utilisée pour de nombreuses applications différentes.

Le Dr Nick Clark a déclaré : « Il s'agit d'une étape importante et ce n'est que le début : nous cherchons déjà à utiliser cette technique pour soutenir le développement de matériaux destinés au traitement chimique durable, nécessaire pour atteindre les ambitions mondiales de zéro émission nette. »

Rapport de recherche:"Suivi d'adatomes uniques dans un liquide dans un microscope électronique à transmission

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