Utilizando un microscopio electrónico de transmisión y una célula líquida de grafeno doble, los físicos del Instituto Nacional del Grafeno del Reino Unido han observado la dinámica de los átomos en una solución salina acuosa. Sus hallazgos podrían tener una amplia repercusión en el futuro desarrollo de tecnologías verdes como la producción de hidrógeno.

Clark et al. demuestran que una célula líquida de grafeno doble permite monitorizar con resolución atómica la dinámica de los adátomos de platino en la monocapa en una solución salina acuosa. Crédito de la imagen: Clark et al., doi: 10.1038/s41586-022-05130-0.

Clark et al. demuestran que una doble célula líquida de grafeno permite monitorizar con resolución atómica la dinámica de los adátomos de platino en la monocapa en una solución salina acuosa. Crédito de la imagen: Clark et al., doi: 10.1038/s41586-022-05130-0.

Cuando una superficie sólida está en contacto con un líquido, ambas sustancias cambian su configuración en respuesta a la proximidad de la otra.

Tales interacciones a escala atómica en las interfaces sólido-líquido rigen el comportamiento de las baterías y las pilas de combustible para la generación de electricidad limpia, además de determinar la eficiencia de la generación de agua limpia y sustentar muchos procesos biológicos.

«Dada la gran importancia industrial y científica de este comportamiento, es realmente sorprendente lo mucho que nos queda por aprender sobre los fundamentos de cómo se comportan los átomos en las superficies en contacto con los líquidos», afirma la profesora Sarah Haigh, autora principal de un artículo publicado en la revista Nature.

«Una de las razones por las que falta información es la ausencia de técnicas capaces de producir datos experimentales para las interfaces sólido-líquido».

La microscopía electrónica de transmisión (TEM) es una de las pocas técnicas que permite ver y analizar átomos individuales.

Sin embargo, el instrumento TEM requiere un entorno de alto vacío, y la estructura de los materiales cambia en el vacío.

«En nuestro trabajo, demostramos que se proporciona información engañosa si el comportamiento atómico se estudia en el vacío en lugar de utilizar nuestras celdas líquidas», dijo el Dr. Nick Clark, primer autor del estudio.

Para su estudio, los autores desarrollaron una célula líquida de grafeno doble, compuesta por una monocapa central de disulfuro de molibdeno separada por espaciadores de nitruro de boro hexagonal de las dos ventanas de grafeno que la rodean.

Este diseño permitió al equipo proporcionar capas de líquido controladas con precisión, lo que permitió capturar los vídeos sin precedentes que muestran a los átomos individuales «nadando» alrededor rodeados de líquido.

Analizando cómo se movían los átomos en los vídeos y comparándolos con los conocimientos teóricos, los investigadores pudieron comprender el efecto del líquido en el comportamiento atómico.

Se descubrió que el líquido aceleraba el movimiento de los átomos y también cambiaba sus lugares de reposo preferidos con respecto al sólido subyacente.

Los investigadores estudiaron un material prometedor para la producción ecológica de hidrógeno, pero la tecnología experimental que han desarrollado puede utilizarse para muchas aplicaciones diferentes.

«Este es un logro histórico y es sólo el principio: ya estamos pensando en utilizar esta técnica para apoyar el desarrollo de materiales para el procesamiento químico sostenible, necesario para alcanzar las ambiciones mundiales de cero emisiones», dijo el Dr. Clark.

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N. Clark et al. Seguimiento de adátomos individuales en líquido en un microscopio electrónico de transmisión. Naturaleza, publicado en línea el 27 de julio de 2022; doi: 10.1038/s41586-022-05130-0

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