Un virage vers les technologies énergétiques du futur

Des chercheurs du National Graphene Institute de l’Université de Manchester ont découvert un moyen d’utiliser la lumière pour accélérer le transport des protons à travers le graphène, ce qui pourrait révolutionner la façon dont nous produisons de l’hydrogène.

Le transport des protons est une étape clé dans de nombreuses technologies d’énergies renouvelables, telles que les piles à combustible à hydrogène et la séparation solaire de l’eau, et des scientifiques de Manchester ont également démontré qu’il était perméable aux protons.

Leur nouvelle étude publiée dans Communications naturelles a montré que la lumière peut être utilisée pour accélérer le transport des protons à travers le graphène. Le graphène est une couche unique d’atomes de carbone qui constitue un excellent conducteur d’électricité et de chaleur. Cependant, on pensait auparavant que le graphène était imperméable aux protons.

Les chercheurs ont découvert que lorsque le graphène est éclairé par de la lumière, les électrons du graphène sont excités. Ces électrons excités interagissent alors avec les protons, accélérant ainsi leur transport à travers le matériau.

Cette découverte pourrait avoir un impact significatif sur le développement de nouvelles technologies d’énergies renouvelables. Par exemple, cela pourrait conduire au développement de piles à combustible à hydrogène et de dispositifs solaires de séparation de l’eau plus efficaces.

“Comprendre le lien entre les propriétés électroniques et de transport d’ions dans les interfaces électrode-électrolyte à l’échelle moléculaire pourrait permettre de nouvelles stratégies pour accélérer les processus essentiels à de nombreuses technologies d’énergie renouvelable, y compris la production et l’utilisation de l’hydrogène”, a déclaré le chercheur principal, le Dr Marcelo Lozada-Hidalgo.

Le graphène, une seule couche d’atomes de carbone, est un excellent conducteur électronique et, de manière inattendue, s’est également révélé perméable aux protons. Cependant, on pensait que ses propriétés protoniques et électroniques n’avaient aucun rapport. L’équipe a désormais mesuré le transport des protons et les propriétés électroniques du graphène sous éclairage et a découvert que l’excitation des électrons du graphène par la lumière accélère le transport des protons.

La preuve irréfutable de cette connexion était l’observation d’un phénomène connu sous le nom de « blocage de Pauli » dans le transport des protons. Il s’agit d’une propriété électronique inhabituelle du graphène, jamais observée dans le transport de protons. Essentiellement, il est possible d’augmenter l’énergie des électrons dans le graphène à un point tel que le graphène n’absorbe plus la lumière, d’où le « blocage ».

Les chercheurs démontrent que le même blocage a lieu dans le transport de protons induit par la lumière en augmentant l’énergie des électrons dans le graphène. Cette observation inattendue démontre que les propriétés électroniques du graphène sont importantes pour ses propriétés de perméation des protons.

Le Dr Shiqi Huang, co-premier auteur du travail, a déclaré : « Nous avons été surpris que la réponse photo de nos dispositifs conducteurs de protons puisse être expliquée par le mécanisme de blocage de Pauli, qui jusqu’à présent n’avait été observé que dans les mesures électroniques. comment les protons, les électrons et les photons interagissent dans des interfaces atomiquement minces. »

“Dans nos appareils, le graphène est efficacement bombardé de protons, qui percent son nuage électronique. Nous avons été surpris de constater que des électrons photo-excités pouvaient contrôler ce flux de protons”, a déclaré le Dr Eoin Griffin, co-premier auteur.