Naukowcy z Narodowego Instytutu Grafenu na Uniwersytecie w Manchesterze odkryli sposób wykorzystania światła do przyspieszenia transportu protonów przez grafen. Ta innowacja może otworzyć zupełnie nowe możliwości produkcji ekologicznego wodoru. Szczegóły opisano w czasopiśmie Nature Communications.
Grafen nieprzepuszczalny dla protonów? Nic z tych rzeczy!
Grafen to materiał zbudowany z pojedynczej warstwy atomów węgla, która jest doskonałym przewodnikiem zarówno prądu, jak i ciepła. Wcześniej jednak sądzono, że grafen jest nieprzepuszczalny dla protonów. Teraz uczeni odkryli, że stymulacja grafenu światłem, powoduje wzbudzenie jego elektronów, które następnie wchodzą w interakcję z protonami, przyspieszając ich transport.
Czytaj też: Grafen zaskakuje po raz kolejny. Takiego zachowania naukowcy nigdy wcześniej nie obserwowali
To przełomowe odkrycie może mieć ogromny wpływ na rozwój nowych technologii energetyki odnawialnej. Istnieje szansa stworzenia wydajniejszych wodorowych ogniw paliwowych i solarnych urządzeń do rozszczepiania wody.
Zrozumienie powiązania między właściwościami transportu elektronów i jonów na styku elektroda-elektrolit w skali molekularnej może umożliwić nowe strategie przyspieszania procesów kluczowych dla wielu technologii energii odnawialnej, w tym wytwarzania i wykorzystania wodoru. Dr Marcelo Lozada Hidalgo
Nigdy wcześniej nie zaobserwowano tej szczególnej właściwości elektrycznej grafenu w procesie transportu protonów, a jeśli zostanie właściwie zmanipulowana, może prowadzić do bardziej wydajnych i niezawodnych ścieżek wytwarzania zielonego wodoru. Możliwe jest zwiększenie energii elektronów w grafenie do tego stopnia, że grafen nie pochłania już światła. Naukowcy wykazali, że taka sama “blokada” ma miejsce w transporcie protonów napędzanym światłem poprzez podniesienie energii elektronów w grafenie.
Byliśmy zaskoczeni, że fotoreakcję naszych urządzeń przewodzących protony można wytłumaczyć mechanizmem blokującym Pauliego, który dotychczas obserwowano jedynie w pomiarach elektrycznych. Dzięki temu można uzyskać wgląd w interakcje protonów, elektronów i fotonów w warstwach atomowej grubości. Dr Shiqi Huang
Potrzeba przeprowadzić więcej badać, aby zobaczyć jakiekolwiek praktyczne zastosowania tego odkrycia. Konieczne jest jednak rozwiązanie problemów takich jak długoterminowa stabilność, skalowalność i opłacalność procesu.
