과학자들은 이제 그래핀이 자연적으로 양성자에 투과성이 있음을 입증했습니다. 그들은 주사 전기화학 세포 현미경이라는 기술을 사용하여 양성자가 그래핀 결정을 통해 이동할 뿐만 아니라 나노 크기의 주름 주위에서 가속된다는 것을 관찰했습니다. 이전 이론에 도전하는 이 발견은 비용이 많이 들고 환경에 유해한 촉매와 막을 지속 가능한 2D 결정으로 대체함으로써 수소 경제를 향상시킬 수 있는 큰 잠재력을 가지고 있습니다.
그리고 연구원들은 그것을 발견했습니다. 그래핀 그것은 자연적으로 특히 주변에서 양성자 수송을 허용합니다. 나노규모 주름. 이 발견은 기존 촉매와 멤브레인에 대한 지속 가능한 대안을 제공함으로써 수소 경제에 혁명을 일으킬 수 있습니다.
과학자들 워릭대학교 그리고 맨체스터 대학교(University of Manchester)는 그래핀이 이론적으로 예상했던 것보다 양성자에 더 잘 투과되는 이유에 대한 오랜 미스터리를 마침내 풀었습니다.
이야기는 10년 전 맨체스터 대학의 과학자들이 그래핀이 수소 원자의 핵인 양성자에 투과될 수 있음을 입증하면서 시작되었습니다.
이 결과는 예상치 못한 결과였으며, 양성자가 그래핀의 조밀한 결정 구조를 통과하는 데 수십억 년이 걸릴 것이라는 이론적 예측과 모순되었습니다. 이러한 비대칭성으로 인해 양성자가 결정 격자 자체를 통과하기보다는 그래핀 구조의 작은 구멍, 즉 작은 구멍을 통해 침투할 수 있다는 이론이 있었습니다.
최근 저널에 실린 논문에서 자연, Patrick Unwin 교수가 이끄는 Warwick 대학과 Marcelo Lozada Hidalgo 박사와 Andre Gem 교수가 이끄는 맨체스터 대학 간의 공동 노력으로 연구 결과를 발표했습니다. 높은 공간 분해능 측정을 사용하여 그들은 완벽한 그래핀 결정이 실제로 양성자 수송을 허용한다는 것을 결론적으로 입증했습니다. 그리고 놀랍게도 그들은 그래핀 결정의 나노 크기 주름과 잔물결 주위에서 양성자가 강하게 가속된다는 사실도 발견했습니다.
2D 결정을 통한 양성자 수송의 예상치 못한 이질성. 신용 거래: 자연 /도이 : 10.1038/s41586-023-06247-6
수소경제에 대한 시사점
이 선구적인 발견은 수소 경제에 매우 중요합니다. 현재의 수소 생성 및 활용 메커니즘은 값비싼 촉매와 멤브레인에 의존하는 경우가 많으며, 그 중 일부는 환경에 주목할 만한 영향을 미칩니다. 이를 그래핀과 같은 지속 가능한 2D 결정으로 대체하면 녹색 수소 생산을 촉진하는 데 중추적인 역할을 할 수 있어 탄소 배출량을 줄이고 탄소 중립 환경으로의 전환을 돕습니다.
연구진은 결론에 도달하기 위해 주사 전기화학 세포 현미경(SECCM)을 사용했습니다. 이 기술을 통해 그들은 나노미터 크기 영역에서 작은 양성자 전류를 측정할 수 있었고, 연구자들은 그래핀 멤브레인 전체에 걸쳐 양성자 전류의 공간적 분포를 시각화할 수 있었습니다.
양성자의 이동이 그래핀의 구멍으로 제한된다면 전류는 특정 영역에서 분리될 수 있습니다. 그러나 그러한 집중된 전류는 관찰되지 않았으므로 그래핀 구조에 존재하는 정공 이론이 틀렸음을 입증합니다.
그래핀이란 무엇입니까?
그래핀은 2차원 벌집 격자로 배열된 탄소 원자의 단일 층입니다. 놀라운 강도, 전도성, 얇은 두께로 알려져 있어 과학 기술 분야에서 가장 유망하고 다재다능한 소재 중 하나입니다.
연구자의 코멘트와 노트
이번 연구의 주저자인 Segun Wahab 박사와 Enrico Davide 박사는 그래핀 결정에 결함이 없다는 사실에 놀랐다고 말했습니다. “우리는 그래핀 결정에 결함이 전혀 없다는 사실에 놀랐습니다. 우리의 결과는 그래핀이 본질적으로 양성자에 투과성이 있다는 미세한 증거를 제공합니다.
예기치 않게 양성자 흐름이 결정의 나노 크기 주름 주위에서 가속되는 것으로 나타났습니다. 과학자들은 주름이 그래핀 격자를 효과적으로 “늘려” 원래 결정 격자를 통해 양성자가 침투할 수 있는 더 많은 공간을 제공하기 때문에 이것이 발생한다는 것을 발견했습니다. 이 관찰은 이제 실험과 이론을 조화시킵니다.
Lozada Hidalgo 박사는 “우리는 원자 규모에서 그리드를 효과적으로 확장하고 있으며 이 그리드의 확장된 원자간 공간을 통해 더 높은 전류를 관찰하고 있습니다. 이는 정말 놀라운 일입니다.”라고 말했습니다.
Unwin 교수는 “이러한 결과는 우리 연구실에서 개발된 SECCM이 전기화학 인터페이스에 대한 미세한 통찰력을 얻기 위한 강력한 기술임을 보여주며 양성자를 통합한 차세대 멤브레인 및 분리기 설계에 대한 흥미로운 가능성을 열어줍니다.”라고 말했습니다.
연구팀은 이번 발견이 어떻게 새로운 수소 기술의 길을 열 수 있는지에 대해 낙관하고 있습니다.
Lozada Hidalgo 박사는 “2D 결정의 잔물결과 주름의 촉매 활성을 이용하는 것은 이온 수송 및 화학 반응 속도를 높이는 근본적으로 새로운 방법입니다. 이는 수소 관련 기술을 위한 저가형 촉매 개발로 이어질 수 있습니다.”라고 말했습니다.
참고 자료: OJ Wahab, E. Daviddi, B. Xin, PZ Sun, E. Griffin, AW Colburn, D. Barry, M. Yagmurcukardes, FM Peeters, AK Geim, “2차원 결정의 나노규모 잔물결을 통한 양성자 수송” 여기에서 확인 가능 M Lozada-Hidalgo 및 BR Unwin, 2023년 8월 23일, 여기에서 확인 가능. 자연.
도이: 10.1038/s41586-023-06247-6
“경순은 통찰력 있고 사악한 사상가로, 다양한 음악 장르에 깊은 지식을 가지고 있습니다. 힙스터 문화와 자연스럽게 어우러지는 그의 스타일은 독특합니다. 그는 베이컨을 좋아하며, 인터넷 세계에서도 활발한 활동을 보여줍니다. 그의 내성적인 성격은 그의 글에서도 잘 드러납니다.”