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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 de ces matériaux qui leur confère ces propriétés exceptionnelles. Ces travaux sont parus dans la revue Nature Communications.
Les nanomatériaux bidimensionnels à base de carbone (type graphène) ou de nitrure de bore étaient réputés pour être chimiquement inertes. Mais l'émergence récente de la nanofluidique, où ils sont utilisés pour le dessalement de l'eau ou la production d'énergie bleue, a mis en évidence leur conductivité ionique exceptionnelle lors du transport 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.
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 d'ions hydroxyde OH-. Mais le mécanisme d'adsorption est radicalement différent: l'ion hydroxyde présente une faible physisorption 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
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