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Una nueva investigación publicada en Nature revela cómo los efectos del campo eléctrico pueden acelerar selectivamente los procesos electroquímicos acoplados en el grafeno.
Los autores, del National Graphene Institute en la Universidad de Manchester, creen que este descubrimiento podría revolucionar el aprovechamiento de la energía y la computación de la información.
Los procesos electroquímicos son esenciales en las tecnologías de energía renovable como las baterías, las pilas de combustible y los electrolizadores. Sin embargo, su eficiencia a menudo se ve obstaculizada por reacciones lentas y efectos secundarios no deseados. Los enfoques tradicionales se han centrado en nuevos materiales, pero aún quedan desafíos importantes.
El equipo de Manchester, dirigido por el Dr. Marcelo Lozada-Hidalgo, ha adoptado un enfoque novedoso. Han desacoplado con éxito el vínculo inseparable entre la carga y el campo eléctrico dentro de los electrodos de grafeno, lo que permite un control sin precedentes sobre los procesos electroquímicos en este material. El avance desafía los supuestos anteriores y abre nuevas vías para las tecnologías energéticas.
El Dr. Lozada-Hidalgo considera que este descubrimiento es transformador y dijo en un comunicado: "Hemos logrado abrir un espacio de parámetros que antes era inaccesible. Una forma de visualizarlo es imaginar un campo en el campo con colinas y valles. Clásicamente, para un sistema dado y un catalizador dado, un proceso electroquímico se ejecutaría a través de un camino establecido a través de este campo.
"Si el camino pasa por una colina alta o un valle profundo, mala suerte. Nuestro trabajo demuestra que, al menos para los procesos que investigamos aquí, tenemos acceso a todo el campo. Si hay una colina o un valle al que no queremos ir, podemos evitarlo".
El estudio se centra en los procesos relacionados con los protones que son fundamentales para los catalizadores de hidrógeno y los dispositivos electrónicos. En concreto, el equipo examinó dos procesos de protones en el grafeno:
- Transmisión de protones: este proceso es importante para desarrollar nuevos catalizadores de hidrógeno y membranas de pilas de combustible.
- Adsorción de protones (hidrogenación): importante para dispositivos electrónicos como los transistores, este proceso activa y desactiva la conductividad del grafeno.
Tradicionalmente, estos procesos se acoplaban en los dispositivos de grafeno, lo que dificultaba controlar uno sin afectar al otro. Los investigadores lograron desacoplar estos procesos y descubrieron que los efectos del campo eléctrico podían acelerar significativamente la transmisión de protones al tiempo que impulsaban de forma independiente la hidrogenación. Esta aceleración selectiva fue inesperada y presenta un nuevo método para impulsar los procesos electroquímicos.
Destacando las implicaciones más amplias en las aplicaciones energéticas, el Dr. Jincheng Tong, primer autor del artículo, dijo: "Demostramos que los efectos del campo eléctrico pueden desenredar y acelerar los procesos electroquímicos en cristales 2D. Esto podría combinarse con catalizadores de última generación para impulsar de manera eficiente procesos complejos como la reducción de CO2, que siguen siendo enormes desafíos sociales".
El Dr. Yangming Fu, coautor principal, señaló las posibles aplicaciones en informática y dijo: "El control de estos procesos brinda a nuestros dispositivos de grafeno una doble funcionalidad como memoria y puerta lógica. Esto allana el camino para nuevas redes informáticas que operan con protones. Esto podría permitir dispositivos informáticos analógicos compactos y de bajo consumo energético".
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