Un nouveau modèle pour les interactions entre l'oxyde de graphène et l'eau

Publié par Redbran le 21/04/2020 à 13:00
Source: CNRS INC
Alors que les feuillets d'oxyde de graphène constituent des membranes très prometteuses pour filtrer l'eau, le comportement précis de l'eau au contact du matériau reste méconnu. À l'aide d'un supercalculateur, des chercheurs des laboratoires PASTEUR (CNRS-ENS Paris-Sorbonne université) et de l'IRCP (CNRS-Chimie ParisTech) / université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études...) PSL, ont conçu un nouveau modèle de ces interactions, montrant la formation de grappes de fonctions oxygénées le long des lames d'oxyde (Un oxyde est un composé de l'oxygène avec un élément moins électronégatif, c'est-à-dire tous sauf le fluor. Oxyde désigne également...) de graphène (Cet article ne doit pas être confondu avec l’article graphème.). Publiés dans Nature Communications, ces travaux expliquent comment les feuillets de graphène s'organisent et devraient donc aider à une meilleure filtration (La filtration est un procédé de séparation permettant de séparer les constituants d'un mélange qui possède une phase liquide et une phase solide au travers d'un milieu poreux. La...) de l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.).


Feuillets d'oxyde de graphène dans l'eau. On y voit les atomes de carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique 12,0107.) (noir), d'oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole O et de numéro atomique 8.) de surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois...) (grenat), d'oxygène de l'eau (rouge) et d'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) (gris). © M.L. Bocquet.

Matériau à deux dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur, ou bien son diamètre si c'est une pièce de...) synthétisé à faible coût, l'oxyde de graphène est composé de feuillets formant (Dans l'intonation, les changements de fréquence fondamentale sont perçus comme des variations de hauteur : plus la fréquence est élevée, plus la hauteur perçue est...) des membranes, qui montrent des propriétés inégalées pour purifier ou dessaler l'eau. La nature des interactions chimiques entre l'oxyde de graphène et l'eau liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.) reste néanmoins mal comprise, car l'oxyde de graphène comprend plusieurs types de fonctions oxygénées qui se répartissent irrégulièrement le long de ses feuillets. Or ce sont ces fonctions qui peuvent réagir avec l'eau. À l'aide d'une méthode de dynamique moléculaire (Une simulation de dynamique moléculaire consiste à calculer l'évolution d'un système de particules au cours du temps. Ces simulations servent de...) qui prend en compte les phénomènes quantiques à l'échelle des électrons, des chercheurs du laboratoire Processus d'activation (Activation peut faire référence à :) sélectif par transfert d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) uni-électronique ou radiatif (PASTEUR, CNRS/ENS Paris/Sorbonne université) et de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le...) de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique désigne également le...) de chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à l'instar de la physique et de la biologie avec lesquelles...) Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la Seine, au centre...) (IRCP, CNRS/Chimie ParisTech) ont proposé une modélisation totalement nouvelle de l'oxyde de graphène et de son interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose...) avec l'eau.

Alors que les modèles précédents considéraient l'oxyde de graphène comme un matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une matière de base sélectionnée en raison de propriétés particulières et mise en...) inerte (Inerte est l'état de faire peu ou rien.), où l'eau ne ferait que glisser entre les feuillets lors de la filtration, les chercheurs ont ici exploré de multiples modèles atomistiques de l'oxyde de graphène au contact de l'eau. Un processus long et coûteux à simuler, rendu (Le rendu est un processus informatique calculant l'image 2D (équivalent d'une photographie) d'une scène créée dans un logiciel de modélisation 3D comportant à la fois des objets et des...) possible par l'aide du Grand équipement national de calcul intensif du CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).) (GENCI). Ces travaux ont montré que les groupes fonctionnels oxygénés (hydroxyle et époxydes) se rassemblent préférentiellement en zones riches en oxygène et laissant à découvert des zones de graphène pur. Ces grappes peuvent perdre des protons sous l'action de l'eau et ainsi acquérir une charge électrique (La charge électrique est une propriété fondamentale de la matière qui respecte le principe de conservation.): la répulsion entre les feuillets chargés négativement assure la stabilité des feuillets, qui se maintiennent alors les uns les autres à une même distance. Les chercheurs comptent à présent tester l'impact d'autres liquides contenant de l'hydrogène, comme des alcools, pour voir si de nouvelles réactivités apparaissent, ainsi que de vérifier si les comportements changent si on modifie l'espace entre les feuillets.

Référence:
Félix Mouhat, François-Xavier Coudert & Marie-Laure Bocquet. Structure and chemistry of graphene oxide in liquid water from first principles. Nature Communications volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace.) 11, article number: 1566. 2020. DOI

Contacts:
- Marie-Laure Bocquet - Laboratoire PASTEUR (CNRS-ENS Paris-Sorbonne université) / Univ. PSL - marie-laure.bocquet at ens.fr
- Stéphanie Younès - Responsable Communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle, groupale...) que l'animal (communication intra- ou inter- espèces) ou la machine...) - inc.communication at cnrs.fr
Cet article vous a plu ? Vous souhaitez nous soutenir ? Partagez-le sur les réseaux sociaux avec vos amis et/ou commentez-le, ceci nous encouragera à publier davantage de sujets similaires !
Page générée en 0.622 seconde(s) - site hébergé chez Amen
Ce site fait l'objet d'une déclaration à la CNIL sous le numéro de dossier 1037632
Ce site est édité par Techno-Science.net - A propos - Informations légales
Partenaire: HD-Numérique