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Un estudio demuestra que los campos eléctricos potencian el potencial del grafeno

Un estudio demuestra que los campos eléctricos potencian el potencial del grafeno

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Control selectivo de la transferencia de protones y la hidrogenación en dispositivos de grafeno de doble puerta. crédito: naturaleza (2024). doi: 10.1038/s41586-024-07435-8

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Control selectivo de la transferencia de protones y la hidrogenación en dispositivos de grafeno de doble puerta. crédito: naturaleza (2024). doi: 10.1038/s41586-024-07435-8

Investigadores del Instituto Nacional del Grafeno han hecho un descubrimiento que podría revolucionar el aprovechamiento de la energía y la informática de la información. Sus estudios, publicado en naturalezaRevela cómo los efectos del campo eléctrico pueden acelerar selectivamente los procesos electroquímicos acoplados en el grafeno.

Los procesos electroquímicos son esenciales en las tecnologías de energía renovable como baterías, pilas de combustible y electrolizadores. Sin embargo, su eficacia a menudo se ve obstaculizada por reacciones lentas y efectos secundarios no deseados. Los métodos tradicionales se han centrado en nuevos materiales, pero aún quedan desafíos importantes.

El equipo de Manchester, dirigido por el Dr. Marcelo Lozada Hidalgo, adoptó un nuevo enfoque. Lograron romper el vínculo inextricable entre la carga y el campo eléctrico dentro de los electrodos de grafeno, permitiendo un control sin precedentes de los procesos electroquímicos en este material. Este avance desafía suposiciones anteriores y abre nuevos horizontes para las tecnologías energéticas.

El Dr. Lozada Hidalgo ve este descubrimiento como transformador. “Hemos podido abrir un espacio de parámetros que antes era inaccesible”, dijo. “Una forma de visualizar esto es imaginar un campo en el campo con colinas y valles. sistema y un catalizador particular, se desencadenará un proceso electroquímico a través de un campo definido por este.

“Si el camino pasa por una colina alta o un valle profundo, es de mala suerte. Nuestro trabajo demuestra que, al menos para los procesos que investigamos aquí, podemos acceder a todo el campo, si hay una colina o un valle. No quiero entrar en eso. «Podemos evitar eso».

El estudio se centra en los procesos asociados con la protonación fundamental de catalizadores de hidrógeno y dispositivos electrónicos. Específicamente, el equipo examinó dos procesos de protonación en el grafeno:

  • Transferencia de protones: este proceso es importante para el desarrollo de nuevos catalizadores de hidrógeno y membranas de pilas de combustible.

  • Adsorción de protones (hidrogenación): importante para dispositivos electrónicos como los transistores, este proceso activa y desactiva la conductividad del grafeno.

Tradicionalmente, estos procesos se han acoplado a dispositivos de grafeno, lo que dificultaba controlar uno sin afectar al otro. Los investigadores pudieron separar estos procesos y descubrieron que los efectos del campo eléctrico pueden acelerar significativamente la transferencia de protones mientras impulsan el proceso de hidrogenación de forma independiente. Esta aceleración selectiva fue inesperada y ofrece una nueva forma de impulsar procesos electroquímicos.

Destacando las implicaciones más amplias en las aplicaciones energéticas, el Dr. Jincheng Tong, primer autor del estudio, dijo: «Hemos demostrado que los efectos del campo eléctrico pueden desacoplar y acelerar los procesos electroquímicos en cristales 2D. Esto se puede combinar con las últimas tecnologías». tecnología del arte.» Catalizadores para impulsar eficientemente procesos complejos como el dióxido de carbono2 reducción, que siguen siendo enormes desafíos sociales”.

El Dr. Yangming Fu, co-primer autor, señaló aplicaciones potenciales en la informática y dijo: “El control de estos procesos le da a nuestros dispositivos de grafeno una función dual como memoria y puerta lógica. Esto allana el camino para nuevas redes informáticas que funcionan con protones. «Esto permitiría dispositivos informáticos analógicos compactos y de bajo consumo».

más información:
Jincheng Tong et al., Control de la transferencia de protones y la hidrogenación en grafeno de doble puerta, naturaleza (2024). doi: 10.1038/s41586-024-07435-8. www.nature.com/articles/s41586-024-07435-8

Información de la revista:
naturaleza


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