Le graphène est parfaitement sélectif aux protons et bloque même les plus petits ions comme le chlore, Les recherches de l'Université de Manchester montrent. Ce résultat sera important pour le développement de membranes à base de graphène pour des applications allant des piles à combustible au dessalement.

Écrire dans Communication Nature , une équipe dirigée par le Dr Marcelo Lozada-Hidalgo et le professeur Andre Geim montre que les matériaux 2-D comme le graphène et le nitrure de bore hexagonal, également connu sous le nom de « graphène blanc, " sont impénétrables à tous les ions. Seuls les protons peuvent être transportés à travers ces cristaux, ce qui permet des membranes avec une parfaite sélectivité protonique.

Les chercheurs avaient déjà découvert que les protons s'infiltrent facilement à travers le réseau cristallin du graphène. Cependant, on ne savait toujours pas si d'autres petits ions pouvaient percer le réseau cristallin dense de ces matériaux. Maintenant, les chercheurs ont découvert que seuls les protons peuvent le faire.

Outre sa pertinence pour le développement de membranes cristallines 2-D, le travail appuie en outre la conclusion précédente selon laquelle les trous dans le réseau cristallin ne sont pas nécessaires pour le transport des protons à travers les cristaux 2-D. Le cristal 2-D lui-même est hautement perméable aux protons.

Lucas Mogg, un doctorat étudiant sur le projet et le premier auteur de l'article a déclaré :« Dans nos expériences, les membranes cristallines 2-D séparent les réservoirs qui contiennent à la fois des protons et des ions chlore. Ces réservoirs sont pratiquement infinis par rapport à la taille de notre membrane cristalline 2D. Nous avons été très surpris de voir qu'une barrière d'un atome d'épaisseur suffisait à empêcher tous les ions chlore de traverser. Même les membranes polymères épaisses spécialement conçues pour séparer les ions ne parviennent parfois pas à atteindre une sélectivité aussi parfaite."

Ces résultats sont pertinents pour les développements théoriques dans le domaine des conducteurs ioniques 2D, ajoute le Dr Lozada-Hidalgo. "Nos résultats montrent de manière concluante que le transport des protons à travers les cristaux bidimensionnels se produit à travers leur masse et ne nécessite pas de défauts à l'échelle atomique. Il s'agit d'un développement important dans notre compréhension de l'interaction entre les ions et les cristaux atomiquement minces avec des implications qui s'étendent bien au-delà de la présente étude.

Les résultats sont également considérés comme importants dans le développement d'un large éventail d'applications qui utilisent le graphène comme matériaux membranaires. "Nos résultats ont des implications pour les technologies qui utilisent le graphène comme matériau membranaire. La perméation rapide des protons à travers la masse cristalline 2D vierge n'est généralement pas prise en compte. Cependant, il pourrait être important pour la conception et l'optimisation de ces membranes, surtout en cas d'utilisation dans des conditions acides, " explique Marcelo Lozada-Hidalgo.

Les chercheurs sont enthousiasmés par les perspectives ouvertes par ces travaux. Ils pensent que beaucoup plus de cristaux pourraient être étudiés en utilisant une approche similaire. La plupart des cristaux 2-D restent inexplorés de ce point de vue. Les chercheurs pensent que des phénomènes plus inattendus et de nouvelles applications pourraient être trouvés dans ces nouveaux matériaux.