Grafeen is perfect selectief voor protonen en blokkeert zelfs de kleinste ionen zoals chloor, Uit onderzoek van de Universiteit van Manchester blijkt. Dit resultaat zal belangrijk zijn voor de ontwikkeling van op grafeen gebaseerde membranen voor toepassingen variërend van brandstofcellen tot ontzilting.

Inschrijven Natuurcommunicatie , een team onder leiding van Dr. Marcelo Lozada-Hidalgo en Professor Andre Geim laat zien dat 2-D materialen zoals grafeen en hexagonaal boornitride, ook wel bekend als 'wit grafeen, " zijn ondoordringbaar voor alle ionen. Alleen protonen kunnen door deze kristallen transporteren, waardoor membranen met perfecte protonselectiviteit mogelijk zijn.

De onderzoekers hadden eerder ontdekt dat protonen gemakkelijk doordringen door het kristalrooster van grafeen. Echter, het bleef onbekend of andere kleine ionen het dichte kristalrooster in deze materialen konden doorboren. Nu hebben de onderzoekers ontdekt dat alleen protonen dat kunnen.

Naast de relevantie voor de ontwikkeling van 2-D kristalmembranen, het werk ondersteunt verder de eerdere conclusie dat gaten in het kristalrooster niet nodig zijn voor protonentransport door 2D-kristallen. Het 2-D kristal zelf is zeer permeabel voor protonen.

Lucas Mogg, een doctoraat student over het project en de eerste auteur van het artikel zei:"In onze experimenten, de 2-D kristalmembranen scheiden reservoirs die zowel protonen als chloorionen bevatten. Deze reservoirs zijn praktisch oneindig in vergelijking met de grootte van ons 2-D kristalmembraan. We waren zeer verrast om te zien dat een barrière van één atoom dik genoeg was om te voorkomen dat alle chloorionen elkaar kruisen. Zelfs dikke polymeermembranen die speciaal zijn ontworpen om ionen te scheiden, slagen er soms niet in om zo'n perfecte selectiviteit te bereiken."

Deze bevindingen zijn relevant voor theoretische ontwikkelingen op het gebied van 2-D ionische geleiders, voegt Dr. Lozada-Hidalgo toe. "Onze resultaten tonen onomstotelijk aan dat protonentransport door de tweedimensionale kristallen plaatsvindt door hun massa en geen atomaire schaaldefecten vereist. Dit is een belangrijke ontwikkeling in ons begrip van de interactie tussen ionen en atomair dunne kristallen met implicaties die zich goed uitstrekken buiten de huidige studie."

De resultaten worden ook belangrijk geacht bij de ontwikkeling van een breed scala aan toepassingen waarbij grafeen als membraanmateriaal wordt gebruikt. "Onze resultaten hebben implicaties voor technologieën die grafeen als membraanmateriaal gebruiken. De snelle protonpermeatie van protonen door de ongerepte 2D-kristalmassa wordt meestal niet in aanmerking genomen. het kan belangrijk zijn voor het ontwerpen en optimaliseren van deze membranen, vooral bij gebruik in zure omstandigheden, " legt Marcelo Lozada-Hidalgo uit.

De onderzoekers zijn enthousiast over de perspectieven die dit werk biedt. Ze zijn van mening dat met een vergelijkbare benadering veel meer kristallen kunnen worden bestudeerd. De meeste 2D-kristallen blijven vanuit dit perspectief onontgonnen. De onderzoekers denken dat er meer onverwachte verschijnselen en nieuwe toepassingen te vinden zijn in deze nieuwe materialen.