Campos elétricos aumentam o potencial do grafeno, mostra estudo

Pesquisadores do Instituto Nacional do Grafeno fizeram uma descoberta que pode revolucionar o aproveitamento de energia e a computação de informações. Seu estudo, publicado em Naturezarevela como os efeitos do campo elétrico podem acelerar seletivamente processos eletroquímicos acoplados no grafeno.

Os processos eletroquímicos são essenciais em tecnologias de energia renovável, como baterias, células de combustível e eletrolisadores. No entanto, a sua eficiência é muitas vezes prejudicada por reações lentas e efeitos secundários indesejados. As abordagens tradicionais concentraram-se em novos materiais, mas ainda existem desafios significativos.

A equipe de Manchester, liderada pelo Dr. Marcelo Lozada-Hidalgo, adotou uma abordagem inovadora. Eles dissociaram com sucesso a ligação inseparável entre carga e campo elétrico dentro dos eletrodos de grafeno, permitindo um controle sem precedentes sobre os processos eletroquímicos neste material. A descoberta desafia pressupostos anteriores e abre novos caminhos para as tecnologias energéticas.

Lozada-Hidalgo vê esta descoberta como transformadora e disse: “Conseguimos abrir um espaço de parâmetros anteriormente inacessível. Uma forma de visualizar isso é imaginar um campo no campo com colinas e vales. Classicamente, para um determinado sistema e um determinado catalisador, um processo eletroquímico percorreria um caminho definido através deste campo.

“Se o caminho passa por um morro alto ou por um vale profundo – azar. Nosso trabalho mostra que, pelo menos para os processos que investigamos aqui, temos acesso a todo o campo. para ir, podemos evitá-lo.”

O estudo concentra-se em processos relacionados a prótons, fundamentais para catalisadores de hidrogênio e dispositivos eletrônicos. Especificamente, a equipe examinou dois processos de prótons no grafeno:

• Transmissão de prótons: Este processo é importante para o desenvolvimento de novos catalisadores de hidrogênio e membranas de células de combustível.

• Adsorção de prótons (hidrogenação): Importante para dispositivos eletrônicos como transistores, esse processo liga e desliga a condutividade do grafeno.

Tradicionalmente, esses processos eram acoplados em dispositivos de grafeno, tornando difícil controlar um sem impactar o outro. Os pesquisadores conseguiram dissociar esses processos, descobrindo que os efeitos do campo elétrico poderiam acelerar significativamente a transmissão de prótons, ao mesmo tempo que conduziam a hidrogenação de forma independente. Esta aceleração seletiva foi inesperada e apresenta um novo método para conduzir processos eletroquímicos.

Destacando as implicações mais amplas nas aplicações de energia, o Dr. Jincheng Tong, primeiro autor do artigo, disse: “Demonstramos que os efeitos do campo elétrico podem desembaraçar e acelerar processos eletroquímicos em cristais 2D. Isso poderia ser combinado com o estado da arte. catalisadores para conduzir com eficiência processos complexos como CO₂ redução, que continuam a ser enormes desafios sociais.”

Yangming Fu, co-autor, apontou para aplicações potenciais em computação e disse: “O controle desses processos dá aos nossos dispositivos de grafeno funcionalidade dupla como memória e porta lógica. Isso abre caminho para novas redes de computação que operam com prótons. Isso poderia permitir dispositivos de computação analógicos compactos e de baixo consumo de energia.”