Un groupe de scientifiques dirigé par le Dr Franz Geiger de la Northwestern University a découvert que le graphène légèrement imparfait fait passer des protons, et uniquement des protons, d’un côté à l’autre de la membrane de graphène en quelques secondes seulement. La vitesse et la sélectivité de la membrane sont bien meilleures que celles des membranes conventionnelles, offrant aux chercheurs un nouveau mécanisme plus simple pour la conception de piles à combustible et de membranes de filtrage et de dessalement de l’eau.
Canal de transfert de protons à travers un quadruple défaut dans le graphène. Crédit photo : Murali Raju / Penn State.
“Imaginez une voiture électrique qui se charge dans le même temps qu’il faut pour faire le plein d’essence”, a déclaré le Dr Geiger, qui est l’auteur principal de l’article publié dans le journal. Nature Communications.
“Et mieux encore – imaginez une voiture électrique qui utilise l’hydrogène comme carburant, et non les combustibles fossiles ou l’éthanol, et non l’électricité du réseau électrique, pour charger une batterie.”
“Notre surprenante découverte fournit un mécanisme électrochimique qui pourrait rendre ces choses possibles un jour.”
Dans leur étude, le Dr Geiger et ses collègues ont testé la possibilité d’utiliser le graphène comme membrane de séparation dans l’eau…
Alors que de nombreux scientifiques s’efforcent de rendre le graphène exempt de défauts afin d’exploiter ses propriétés électroniques supérieures, l’équipe du Dr Geiger a découvert que le graphène avait besoin des lacunes pour créer des canaux d’eau à travers la membrane.
Les simulations par ordinateur ont montré que les protons étaient transportés à travers la barrière via des défauts atomiques à terminaison hydroxyle, c’est-à-dire par des groupes hydrogène oxygène liés au défaut.
“Nos simulations et nos expériences ont montré qu’il faut avoir au moins quatre lacunes de carbone et une sorte de canal pour surmonter la barrière énergétique qui empêcherait normalement les protons de passer de l’autre côté”, a déclaré le Dr Adri van Duin de l’Université d’État de Pennsylvanie, co-auteur de l’étude.
“Si nous pouvons apprendre à concevoir les défauts et la taille des défauts, nous pourrions fabriquer une membrane de séparation efficace.”
“Bien que cela nécessite encore beaucoup de travail de conception, il est clair que cela semble très attrayant pour de nombreuses applications, y compris la désalinisation.”
“Cela pourrait également fonctionner pour une nouvelle conception moins compliquée des piles à combustible à l’avenir”, a déclaré le Dr Geiger.
“Nos résultats ne permettront pas de fabriquer une pile à combustible demain, mais ils fournissent un mécanisme permettant aux ingénieurs de concevoir une membrane de séparation des protons beaucoup moins compliquée que ce que les gens avaient pensé auparavant.”
“Tout ce dont vous avez besoin est du graphène monocouche légèrement imparfait”.
