Científicos de la Universidad de Manchester han creado una novedosa «nanoplaca de Petri» usando materiales bidimensionales (2D) para crear un nuevo método para observar cómo se mueven los átomos en un líquido.
En una publicación en la revista Nature, el equipo dirigido por investigadores del Instituto Nacional del Grafeno (NGI) utilizó montones de materiales 2D como el grafeno para atrapar líquido con el fin de comprender mejor cómo la presencia de líquido cambia el comportamiento del sólido.
El equipo pudo capturar imágenes de átomos individuales «nadando» en 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. Tales interacciones a escala atómica en las interfaces sólido-líquido gobiernan el comportamiento de las baterías y las pilas de combustible para la generación de electricidad limpia, además de determinar la eficiencia de la generación de agua limpia y sustentar muchos procesos biológicos.
Una de las investigadoras principales, la profesora Sarah Haigh, comentó en un comunicado: «Dada la importancia industrial y científica generalizada de tal comportamiento, es realmente sorprendente cuánto nos queda por aprender sobre los fundamentos de cómo se comportan los átomos en superficies en contacto con líquidos. Uno de las razones por las que falta información es la ausencia de técnicas capaces de producir datos experimentales para interfaces sólido-líquido».
La microscopía electrónica de transmisión (TEM) es una de las pocas técnicas que permite ver y analizar átomos individuales. Sin embargo, el instrumento 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 ha sido pionero en el apilamiento de materiales 2D para la electrónica, pero aquí su grupo ha utilizado esas mismas técnicas para desarrollar una «célula líquida de grafeno doble». Una capa 2D de disulfuro de molibdeno se suspendió completamente en líquido y se encapsuló con ventanas de grafeno. Este diseño novedoso les permitió proporcionar capas de líquido controladas con precisión, lo que permitió capturar videos sin precedentes que mostraban los átomos individuales «nadando», rodeados de líquido.
Al analizar cómo se movían 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 descubrió que el líquido acelera el movimiento de los átomos y también cambia sus sitios de descanso preferidos con respecto al sólido subyacente.
El equipo estudió un material que es prometedor para la producción de hidrógeno verde, pero la tecnología experimental que han desarrollado se puede utilizar para muchas aplicaciones diferentes.
El Dr. Nick Clark dijo: «Este es un logro histórico y es solo el comienzo: ya estamos buscando utilizar esta técnica para apoyar el desarrollo de materiales para el procesamiento químico sostenible, necesario para lograr las ambiciones de cero neto del mundo».
Fuente: EP