Les nanomatériaux bidimensionnels à base de carbone (type graphène) ou de nitrure de bore, réputés pour être chimiquement inertes, montrent en fait une conductivité ionique exceptionnelle en milieu aqueux. À partir de simulations de dynamique moléculaire ab initio, des chercheurs du laboratoire PASTEUR (CNRS/ENS/SU) ont élucidé le mécanisme de
chargement (Le mot chargement peut désigner l'action de charger ou son résultat :) de ces
matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en...) qui leur confère ces propriétés exceptionnelles. Ces travaux sont
parus (Parus est un genre d'oiseaux de la famille des Paridae. Jusque vers la fin du 20ème...) dans la revue
Nature Communications.
Les nanomatériaux bidimensionnels à base de carbone (type graphène) ou de
nitrure de bore (Le nitrure de bore est un composé chimique du bore et de l'azote, de formule chimique brute BN...) étaient réputés pour être chimiquement inertes. Mais l'émergence récente de la nanofluidique, où ils sont utilisés pour le
dessalement (Le dessalement de l'eau (également appelé dessalage ou désalinisation) est un...) de l'
eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les...) ou la production d'
énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) bleue, a mis en évidence leur conductivité ionique exceptionnelle lors du
transport (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus...) des ions en milieu aqueux.
De récentes expériences de transport ionique ont également montré que la conductivité ionique mesurée pour le système eau/carbone (avec du graphène) est moins élevée et son évolution en fonction de la concentration en sel est différente que celle mesurée pour le système eau/nitrure de
bore (Le bore est un élément chimique de symbole B et de numéro atomique 5.).
Configurations stables de l'ion hydroxyde (bleu clair): Proche d'une surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) de nitrure de bore (chimisorption) et proche d'une surface de graphène (Cet article ne doit pas être confondu avec l’article graphème.) (physisorption). © Marie-Laure Bocquet
Des chercheurs du laboratoire PASTEUR (CNRS/ENS/SU) ont élucidé le mécanisme qui confère ces propriétés électriques exceptionnelles mais différentes au graphène et à son homologue. À partir de simulations de dynamique moléculaire
ab initio, ils montrent qu'au cours du transport, les surfaces de ces matériaux se chargent considérablement via une
adsorption (L'adsorption, à ne pas confondre avec l'absorption, est un phénomène de surface par lequel des...) d'ions hydroxyde OH-. Mais le mécanisme d'adsorption est radicalement différent: l'ion hydroxyde présente une faible
physisorption (L'adsorption, à ne pas confondre avec l'absorption, est un phénomène de surface par lequel des...) à la surface du graphène mais une forte chimisorption à la surface du nitrure de bore. L'hydroxyde physisorbé sur le graphène conserve ainsi une excellente mobilité latérale par transfert de protons avec les molécules de la première couche d'eau voisine, ce qui explique son évolution particulière. Cette étude permet de démontrer la réactivité chimique de ces matériaux jusqu'alors négligée !
Référence
Benoît Grosjean, Marie-Laure Bocquet, Rodolphe Vuilleumier.
Versatile Electrification of Two-dimensional Nanomaterials in Water
Nature Communications - Avril 2019
DOI: 10.1038/s41467-019-09708-7