Les protons, des particules subatomiques avec une charge électrique positive, sont l'une des premières particules à s'être formées après le début de l'univers et sont un constituant de chaque atome existant aujourd'hui. Le mouvement des protons joue un rôle clé dans les processus de conversion d'énergie, comme la photosynthèse et la respiration, dans les systèmes biologiques. En outre, la conduction protonique est un facteur important pour les piles à combustible à hydrogène, qui sont souvent présentées comme la source d'énergie propre idéale pour la prochaine génération.

La conduction protonique élevée observée dans les biomatériaux tels que les dérivés de sucre et de protéines est attribuée à la présence de groupes fonctionnels donneurs de protons (substituants dans une molécule qui régissent ses réactions chimiques caractéristiques). Cependant, le mécanisme exact du transport des protons dans ces matériaux n'est pas clairement compris (par exemple, si les protons préfèrent s'écouler le long de la surface du biomatériau, c'est-à-dire le transport interfacial, ou en vrac). De plus, il n'est pas clair comment la concentration du groupe fonctionnel pourrait affecter les voies de transport des protons.

Dans ce contexte, dans une nouvelle étude récemment publiée dans la revue Électrochimie , une équipe de chercheurs du Japon, dirigé par Assoc.Prof. Yuki Nagao du Japan Advanced Institute of Science and Technology (JAIST) et Athchaya Suwansoontorn, un doctorat étudiant à JAIST, ainsi que Assoc.Prof. Katsuhiro Yamamoto de l'Institut de technologie de Nagoya, Prof. Shusaku Nagano de l'Université Rikkyo et Prof. Jun Matsui de l'Université de Yamagata, a entrepris d'explorer comment la conduction protonique a été affectée dans les polymères à base de styrène avec le changement de la concentration d'acide carboxylique, un acide organique donneur de protons que l'on trouve couramment dans les biomatériaux. Suwansoontorn expose la motivation de leurs recherches :« L'étude des voies de transport des protons est fondamentalement importante pour élucider le fonctionnement de nombreux systèmes biologiques.

L'équipe de recherche a systématiquement synthétisé des polymères avec différentes concentrations d'acide carboxylique et les a préparés sous forme de films minces avec un rapport surface/volume élevé pour permettre l'étude des propriétés de transport interfacial. Suivant ceci, ils ont caractérisé les structures polymères en utilisant une variété de techniques de caractérisation standard.

L'équipe de recherche a observé la présence de deux types de groupes acide carboxylique (COOH) dans les polymères :des groupes COOH libres, qui étaient plus abondants à des concentrations plus élevées, et des groupes COOH dimères cycliques, qui étaient répandus à de faibles concentrations. Pour corréler cela avec le transport de protons, les chercheurs ont examiné la conduction protonique dans le plan à l'aide de la spectroscopie d'impédance et calculé la résistance interfaciale pour évaluer la possibilité d'un transport interfacial.

Ils ont constaté qu'une concentration élevée de COOH était plus propice au transport interne des protons, tandis que des concentrations plus faibles favorisaient le transport interfacial. Ils ont attribué cela à la présence de groupes COOH libres à des concentrations élevées qui ont généré plus de réseaux de liaisons hydrogène, facilitant la conduction protonique. Par ailleurs, ils ont vérifié cette idée en montrant qu'un nombre plus élevé de groupes COOH libres sur l'interface conduisait à une conduction interfaciale plus élevée.

"Nos recherches peuvent contribuer au développement de matériaux bioconducteurs pour les dispositifs biologiques impliqués dans la conduction protonique et les piles à combustible respectueuses de l'environnement, " dit Suwansoontor, en considérant les ramifications pratiques des conclusions. « Dans une perspective plus large, il peut faciliter la vie des gens en soutenant les technologies biologiques et le développement d'applications d'énergie verte."

Pour lutter contre le changement climatique, une énergie plus verte est le besoin de l'heure. Dans ce contexte, les résultats de cette étude promettent des conséquences passionnantes à espérer, avec certitude!