À l’aide d’un microscope électronique à transmission et d’une double cellule liquide en graphène, des physiciens de l’Institut national du graphène du Royaume-Uni ont suivi la dynamique des atomes dans une solution saline aqueuse. Leurs résultats pourraient avoir un impact considérable sur le développement futur de technologies vertes telles que la production d’hydrogène.
Clark et al. montrent qu’une cellule liquide à double graphène permet de suivre avec une résolution atomique la dynamique des adatomes de platine sur la monocouche dans une solution saline aqueuse. Crédit image : Clark et al., doi : 10.1038/s41586-022-05130-0.
Lorsqu’une surface solide est en contact avec un liquide, les deux substances modifient leur configuration en réponse à la proximité de l’autre.
De telles interactions à l’échelle atomique aux interfaces solide-liquide régissent le comportement des batteries et des piles à combustible pour la production d’électricité propre, tout en déterminant l’efficacité de la production d’eau propre et en sous-tendant de nombreux processus biologiques.
“Compte tenu de l’importance industrielle et scientifique généralisée de ce comportement, il est vraiment surprenant de constater combien il nous reste à apprendre sur les principes fondamentaux du comportement des atomes sur les surfaces en contact avec les liquides”, a déclaré le professeur Sarah Haigh, auteur principal d’un article publié dans la revue Nature.
“L’une des raisons pour lesquelles les informations manquent est l’absence de techniques capables de produire des données expérimentales pour les interfaces solide-liquide.”
La microscopie électronique à transmission (MET) est l’une des rares techniques qui permettent de voir et d’analyser des atomes individuels.
Cependant, l’instrument TEM nécessite un environnement sous vide poussé, et la structure des matériaux change dans le vide.
“Dans notre travail, nous montrons que des informations trompeuses sont fournies si le comportement atomique est étudié sous vide au lieu d’utiliser nos cellules liquides”, a déclaré le Dr Nick Clark, premier auteur de l’étude.
Pour leur étude, les auteurs ont développé une cellule liquide double en graphène, composée d’une monocouche centrale de disulfure de molybdène séparée par des espaceurs en nitrure de bore hexagonal des deux fenêtres de graphène qui l’entourent.
Cette conception a permis à l’équipe de fournir des couches liquides contrôlées avec précision, permettant de capturer des vidéos sans précédent montrant les atomes uniques “nageant” autour du liquide.
En analysant la façon dont les atomes se déplacent dans les vidéos et en les comparant aux résultats théoriques, les chercheurs ont pu comprendre l’effet du liquide sur le comportement atomique.
Le liquide accélère le mouvement des atomes et modifie également leurs sites de repos préférés par rapport au solide sous-jacent.
Les chercheurs ont étudié un matériau prometteur pour la production d’hydrogène vert, mais la technologie expérimentale qu’ils ont développée peut être utilisée pour de nombreuses applications différentes.
“Il s’agit d’une réalisation importante et ce n’est que le début – nous envisageons déjà d’utiliser cette technique pour soutenir le développement de matériaux pour le traitement chimique durable, nécessaire pour atteindre les ambitions nettes zéro du monde”, a déclaré le Dr Clark.
