Le H ⁺ le proton est constitué d'un seul ion d'hydrogène, le plus petit et le plus léger de tous les éléments chimiques. Ces protons se produisent naturellement dans l'eau où une infime proportion de H 2 Les molécules O se séparent spontanément. Leur quantité dans un liquide détermine si la solution est acide ou basique. Les protons sont également extrêmement mobiles, se déplaçant dans l'eau en sautant d'une molécule d'eau à une autre.

Transport de protons aux interfaces eau-solide

Le fonctionnement de ce processus de transport dans un plan d'eau est relativement bien compris. Mais la présence d'une surface solide peut considérablement affecter le comportement des protons, et les scientifiques disposent actuellement de très peu d'outils pour mesurer ces mouvements aux interfaces eau-solide. Dans cette nouvelle étude, Jean Comtet, chercheur postdoctoral à l'École d'ingénieurs (STI) de l'EPFL, a fourni le premier aperçu du comportement des protons lorsque l'eau entre en contact avec une surface solide, descendre à l'échelle ultime du proton unique et de la charge unique. Ses découvertes, publié dans la revue Nature Nanotechnologie , révèlent que les protons ont tendance à se déplacer le long de l'interface entre ces deux milieux. L'étude a bénéficié de l'aide de chercheurs du Département de chimie de l'École normale supérieure (ENS) de Paris qui ont réalisé des simulations.

Défauts cristallins

Comtet a étudié l'interface entre l'eau et un cristal de nitrure de bore, un matériau extrêmement lisse. "La surface du cristal peut contenir des défauts, " dit Comtet. " Nous avons constaté que ces imperfections agissent comme des marqueurs, réémettant de la lumière lorsqu'un proton s'y lie." À l'aide d'un microscope à super-résolution, il a pu observer ces signaux de fluorescence et mesurer la position des défauts à une dizaine de nanomètres près, un degré de précision incroyablement élevé. Plus intéressant encore, l'étude a révélé de nouvelles informations sur la façon dont les défauts cristallins sont activés. "Nous avons observé des défauts à la surface du cristal s'éclairant les uns après les autres au contact de l'eau, " ajoute Comtet. " Nous nous sommes rendu compte que ce schéma d'éclairage était produit par un seul proton sautant de défaut en défaut, générer une voie identifiable.

Une percée expérimentale majeure

L'une des principales conclusions de l'étude est que les protons ont tendance à se déplacer le long de l'interface eau-solide. "Les protons continuent de bouger, mais épousant la surface du solide, " explique Comtet. " C'est pourquoi nous voyons ce genre de modèles. " Aleksandra Radenovic, professeur au Laboratoire de biologie à l'échelle nanométrique (LBEN) de l'EPFL, ajoute :"Il s'agit d'une percée expérimentale majeure qui améliore notre compréhension de la façon dont les charges dans l'eau interagissent avec les surfaces solides."

"Nos remarques, dans ce contexte particulier, peut facilement être extrapolé à d'autres matériaux et environnements, " dit Comtet. " Ces découvertes pourraient avoir des implications importantes dans de nombreux autres domaines et disciplines, de la compréhension des processus biologiques à l'interface cellule-membrane à la conception de filtres et de batteries plus efficaces.