Investigadores de la Universidad de Manchester descubrieron que las micas atómicamente delgadas (el nombre que se le da a un tipo de mineral común que se encuentra en el suelo) son excelentes conductores de protones. Este sorprendente resultado es importante para el uso de materiales 2-D en aplicaciones como pilas de combustible y otras tecnologías relacionadas con el hidrógeno.

Previamente, Los investigadores de Manchester dirigidos por el profesor Andre Geim y el Dr. Marcelo Lozada-Hidalgo encontraron que los materiales de un átomo de espesor como el grafeno son altamente permeables a los protones. núcleos de átomos de hidrógeno. Sin embargo, También encontraron que otros materiales 2-D como el sulfuro de molibdeno (MoS2), que tenían solo tres átomos de espesor, eran completamente impermeables a los protones. Estos resultados sugirieron que solo los cristales de un átomo de espesor podrían ser permeables a los protones.

Escribiendo en Nanotecnología de la naturaleza , El equipo ha demostrado que los protones pueden penetrar fácilmente a través de micas de pocas capas a pesar de que son 10 veces más gruesas que el grafeno. Micas, como el grafito, constan de capas de cristal apiladas una encima de la otra y se pueden cortar en una sola capa. El equipo aisló una de estas capas y descubrió que era 100 veces más permeable a los protones que el grafeno.

A primera vista, este resultado parece imposible porque las micas son demasiado gruesas para que los protones penetren; son mucho más gruesas que las monocapa MoS ₂ que es completamente impermeable a los protones. Sin embargo, Las micas se pueden considerar como losas de cristal perforadas por canales tubulares. Estos canales no están vacíos, sino que están llenos de grupos hidroxilo que son como las cadenas unidimensionales conductoras de protones en el agua. Los protones saltan a lo largo de estas cadenas, convirtiendo el material en un excelente conductor de protones.

Lucas Mogg, un doctorado El estudiante del proyecto y el primer autor del artículo dijo:"Descubrimos que la conductividad de protones en micas atómicamente delgadas es de 10 a 100 veces mayor que en el grafeno. Es alentador porque el grafeno ya está siendo considerado como un material conductor de protones prometedor. Nuestros resultados muestran que las micas podrían ser incluso más prometedoras, sobre todo porque son abundantes y económicas ".

El profesor Andre Geim dijo:"El resultado también implica que muchos otros materiales 2-D podrían convertirse en conductores de protones. Nuestra estrategia no se limita a protones o micas. Muchos más cristales 2-D con canales de escala atómica similares a los de las micas. podría ser explorado, Es de esperar que traiga fenómenos inesperados y nuevas aplicaciones en el campo de los conductores iónicos y de protones ".

Los investigadores también encontraron que las micas se vuelven particularmente altamente conductoras en un rango de temperatura que ha sido notoriamente inaccesible para las tecnologías relacionadas.

El Dr. Marcelo Lozada-Hidalgo dijo:"Hay una falta de materiales conductores de protones que puedan operar de manera confiable entre 100 ° C y 500 ° C. Sin embargo, este es el rango de temperatura ideal para un funcionamiento óptimo de las pilas de combustible y otras tecnologías de hidrógeno. Las micas atómicamente delgadas funcionan bastante bien en este rango de temperatura; merecen atención desde esta perspectiva ".

Es más, los investigadores dicen que ahora están trabajando en la construcción de un prototipo de membrana de mica que sea lo suficientemente grande para ser probado en condiciones industriales. También son optimistas sobre las posibilidades que abre esta investigación en términos de investigación fundamental. El trabajo muestra que el campo de los conductores iónicos bidimensionales es muy prometedor debido a la gran cantidad de otros cristales que podrían convertirse en conductores iónicos y de protones.

El artículo Micas atómicamente delgadas como membranas conductoras de protones se publicará en Nanotecnología de la naturaleza .