El grafeno es perfectamente selectivo para los protones y bloquea incluso los iones más pequeños como el cloro, según muestra una investigación de la Universidad de Manchester. Este resultado será importante para el desarrollo de membranas basadas en grafeno para aplicaciones que van desde celdas de combustible hasta desalinización.
Nature Communications («Perfecta selectividad de protones en el transporte de iones a través de cristales bidimensionales«), un equipo dirigido por el Dr. Marcelo Lozada-Hidalgo y el profesor Andre Geim muestra que los materiales 2D como el grafeno y el nitruro de boro hexagonal, también conocido como ‘grafeno blanco ‘, son impenetrables para todos los iones. Solo los protones pueden transportarse a través de estos cristales, lo que permite membranas con una selectividad perfecta de protones.
Los investigadores habían encontrado previamente que los protones penetran fácilmente a través de la red cristalina de grafeno. Sin embargo, se desconoce si otros iones pequeños podrían perforar la densa red cristalina en estos materiales. Ahora los investigadores han encontrado que solo los protones pueden.
Además de su relevancia para el desarrollo de membranas de cristal 2D, el trabajo respalda la conclusión anterior de que los agujeros en la red cristalina no son necesarios para el transporte de protones a través de cristales 2D. El cristal 2D en sí mismo es altamente permeable para los protones.
Lucas Mogg, un estudiante de doctorado en el proyecto y el primer autor del artículo, dijo:
“En nuestros experimentos, las membranas de cristal 2D separan depósitos que contienen protones e iones de cloro. Estos depósitos son prácticamente infinitos en comparación con el tamaño de nuestra membrana de cristal 2D. Nos sorprendió mucho ver que una barrera de un átomo de espesor era suficiente para evitar que se cruzaran todos los iones de cloro. Incluso las membranas gruesas de polímeros especialmente diseñadas para separar iones a veces no logran una selectividad tan perfecta”.
Estos hallazgos son relevantes para los desarrollos teóricos en el campo de los conductores iónicos 2D, agrega el Dr. Lozada-Hidalgo. “Nuestros resultados muestran de manera concluyente que el transporte de protones a través de los cristales bidimensionales ocurre a través de su volumen y no requiere defectos a escala atómica. Este es un avance importante en nuestra comprensión de la interacción entre iones y cristales atómicamente delgados con implicaciones que se extienden mucho más allá del presente estudio«.
También se cree que los resultados son importantes en el desarrollo de una amplia gama de aplicaciones que utilizan grafeno como materiales de membrana.
“Nuestros resultados tienen implicaciones para las tecnologías que usan el grafeno como material de membrana. La rápida penetración de protones de protones a través del cristal prístino en masa 2D generalmente no se tiene en cuenta. Sin embargo, podría ser importante para diseñar y optimizar estas membranas, especialmente cuando se opera en condiciones ácidas”, explica Marcelo Lozada-Hidalgo.
Los investigadores están entusiasmados con las perspectivas abiertas por este trabajo. Ellos creen que muchos más cristales podrían estudiarse utilizando un enfoque similar. La mayoría de los cristales 2D permanecen sin explorar desde esta perspectiva. Los investigadores creen que se podrían encontrar más fenómenos inesperados y nuevas aplicaciones en estos nuevos materiales.
Fuente: Universidad de Manchester.
