Captan las primeras imágenes de átomos "nadando" en un líquido


Clark et al. demuestran que una célula líquida de grafeno doble permite controlar con resolución atómica la dinámica de los adátomos de platino en la monocapa en una solución salina acuosa. Crédito de la imagen: Clark et al., doi: 10.1038/s41586-022-05130-0.
Clark et al. demuestran que una célula líquida de grafeno doble permite controlar con resolución atómica la dinámica de los adátomos de platino en la monocapa en una solución salina acuosa. Crédito de la imagen: Clark et al., doi: 10.1038/s41586-022-05130-0.

Utilizando un microscopio electrónico de transmisión y una célula líquida de grafeno doble, los físicos del Instituto Nacional del Grafeno del Reino Unido han observado la dinámica de los átomos en una solución salina acuosa. Sus hallazgos podrían tener una amplia repercusión en el futuro desarrollo de tecnologías verdes como la producción de hidrógeno.

Cuando una superficie sólida entra en contacto con un líquido, ambas sustancias cambian su configuración en respuesta a la proximidad de la otra.

Estas interacciones a escala atómica en las interfaces sólido-líquido rigen el comportamiento de las baterías y las pilas de combustible para la generación de electricidad limpia, además de determinar la eficiencia de la generación de agua limpia y sustentar muchos procesos biológicos.

"Dada la gran importancia industrial y científica de este comportamiento, es realmente sorprendente lo mucho que nos queda por aprender sobre los fundamentos de cómo se comportan los átomos en las superficies en contacto con los líquidos", afirma la profesora Sarah Haigh, autora principal de un artículo publicado en la revista Nature.

"Una de las razones por las que falta información es la ausencia de técnicas capaces de aportar datos experimentales sobre las interfaces sólido-líquido".

La microscopía electrónica de transmisión (TEM) es una de las pocas técnicas que permiten ver y analizar átomos individuales.

Sin embargo, el instrumento TEM requiere un entorno de alto vacío, y la estructura de los materiales cambia en el vacío.

"En nuestro trabajo, demostramos que se proporciona información engañosa si el comportamiento atómico se estudia en el vacío en lugar de utilizar nuestras celdas líquidas", dijo el Dr. Nick Clark, primer autor del estudio.


Para su estudio, los autores desarrollaron una célula líquida de grafeno doble, compuesta por una monocapa central de disulfuro de molibdeno separada por espaciadores de nitruro de boro hexagonal de las dos ventanas de grafeno que la rodean.

Este diseño permitió al equipo proporcionar capas de líquido controladas con precisión, lo que permitió capturar vídeos sin precedentes que mostraban a los átomos individuales "nadando" rodeados de líquido.

Analizando el movimiento de los átomos en los vídeos y comparándolo con los datos teóricos, los investigadores pudieron comprender el efecto del líquido en el comportamiento atómico.

Se descubrió que el líquido acelera el movimiento de los átomos y también cambia sus lugares de reposo preferidos con respecto al sólido subyacente.

Los investigadores estudiaron un material prometedor para la producción ecológica de hidrógeno, pero la tecnología experimental que han desarrollado puede utilizarse para muchas aplicaciones diferentes.

"Este es un logro histórico y es sólo el principio: ya estamos pensando en utilizar esta técnica para apoyar el desarrollo de materiales para la elaboración de productos químicos sostenibles, necesarios para alcanzar las ambiciones de red cero del mundo", dijo el Dr. Clark.

Fuentes, créditos y referencias:

Nick Clark et al, Tracking single adatoms in liquid in a Transmission Electron Microscope, Nature (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-05130-0

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