Является ли непроницаемый графен действительно непроницаемым?

Является ли непроницаемый графен действительно непроницаемым?

Изображение предоставлено: koya979 / Shutterstock.com

Команда исследователей из Манчестерского университета недавно объявила о результатах серии экспериментов. Эти эксперименты выявили истинные уровни непроницаемости для газов и жидкостей графена, а также других двумерных материалов.

Работа, которая была опубликована в журнале Nature в этом месяце, обнаружила, что графен работает как катализатор расщепления водорода, и в будущем он должен стать его дешевым и доступным катализатором.

Невероятная непроницаемость графена

Еще в 2004 году ученые впервые изолировали двумерный слой углерода. С тех пор исследования, изучающие весь потенциал графена, быстро развиваются. Он уже нашел применение в ряде областей науки, он используется в сенсорах, электронике, в качестве покрытий для красок, в качестве компонента солнечных панелей, для секвенирования ДНК и доставки лекарств и т. Д.

Он также был идентифицирован как материал, который может предотвращать проникновение газов и жидкостей при комнатной температуре, потому что для проникновения в монослой графена в условиях окружающей среды потребуется атом с невероятно высокой энергией.

Ученые полагают, что найти атом с достаточной энергией, чтобы сделать это, настолько редко, что это займет больше времени, чем жизнь Вселенной, чтобы найти его. Уже более десяти лет эксперименты собирают доказательства, подтверждающие эту теорию. Ученые доказывают, что графен менее проницаем для атомов гелия, чем кварцевая пленка, даже несмотря на то, что кварцевая пленка на 100 000 толще графена толщиной в один атом.

Испытание на непроницаемость графена

Для проверки истинной непроницаемости графена команда ученых из Манчестерского университета разработала метод, который в миллиарды раз более чувствителен к проникающим в него атомам газа, чем любые ранее разработанные методы. Команда пробурила скважины в монокристаллы графита или нитрида бора в микронном масштабе. Затем они были покрыты графеновой мембраной.

Поскольку графеновая мембрана атомов является плоской, она создает воздухонепроницаемое уплотнение над лунками, а это означает, что единственный путь для атомов и молекул войти в контейнер – проникнуть через мембрану. Запечатанные скважины или контейнеры были помещены в газообразный гелий. Свидетельством того, что атомы входят или выходят из контейнера, свидетельствует снижение или повышение давления. Атомно-силовой микроскоп использовался для мониторинга этих изменений.

Результаты подтверждают предыдущие исследования, которые продемонстрировали высокую каталитическую активность графена.

Удивительная проницаемость графена для водорода

Исследователи смогли точно записать количество атомов или молекул, которые смогли пройти через графен, из измерения изменений в положении мембраны. Было замечено, что только несколько атомов гелия входят в контейнер или выходят из него каждый час. Известно, что гелий является наиболее проникающим из всех газов, поэтому тот факт, что эти атомы редко могли проникать через графеновую мембрану, имеет важное значение для демонстрации высокой непроницаемости материала.

Ученые повторили эксперименты с другими газами, все из которых показали невероятно ограниченные способности проникать графену, если вообще, кроме водорода. Результаты показали, что водород довольно успешно проникает через графен, что удивляет ученых, работающих над проектом. Учитывая, что атомы водорода намного больше, чем гелий, неожиданно, что они должны легче проникать через графен.

Графен как катализатор расщепления водорода

Поскольку молекулы водорода крупнее молекул гелия, ученые не были уверены, что позволило ему легко проникать через графен. Считается, что наблюдаемая рябь нанометрового размера в графеновой мембране действует каталитически, диссоциируя поглощенный молекулярный водород на два отдельных атома, которые затем могут проникать через графеновую мембрану, демонстрируя тем самым ранее неизвестную характеристику графена как катализатора расщепления водорода.

Результаты этих экспериментов дают первое доказательство того, что графен является катализатором, и эта характеристика должна быть изучена в ходе дальнейших исследований.

Source link