p Novos experimentos feitos por pesquisadores da Universidade de Manchester estabeleceram os melhores limites até então para a impermeabilidade do grafeno e de outros materiais bidimensionais a gases e líquidos. O trabalho também revelou que a folha de carbono pode atuar como um poderoso catalisador para a divisão do hidrogênio, uma descoberta que promete catalisadores baratos e abundantes no futuro. p O grafeno teoricamente possui uma energia muito alta para a penetração de átomos e moléculas, o que impede que quaisquer gases e líquidos passem por ele em temperatura ambiente. De fato, estima-se que levaria mais tempo do que o tempo de vida do Universo para encontrar um átomo com energia suficiente para perfurar uma monocamada de grafeno sem defeitos de qualquer tamanho realista sob as condições ambientais, dizem os pesquisadores liderados pelo professor Sir Andre Geim. Essa hipótese é apoiada por experimentos do mundo real realizados há mais de uma década, que descobriram que o grafeno de um átomo de espessura era menos permeável aos átomos de hélio do que um filme de quartzo de alguns mícrons de espessura. Embora o filme tenha 100, 000 mais espesso que o grafeno, isso ainda está muito longe do limite teórico.

p Recipientes perfeitamente selados

p A equipe de Manchester desenvolveu uma técnica de medição que é muitos bilhões de vezes mais sensível à permeação de átomos de gás do que qualquer um dos métodos conhecidos. Em seu estudo, relatado em Natureza , eles começaram perfurando poços de tamanho mícron em monocristais de grafite ou nitreto de boro, que eles cobriram com uma membrana de grafeno de um átomo de espessura. Como a superfície superior desses contêineres é atomicamente plana, a tampa fornece uma vedação hermética perfeita. A única maneira de átomos e moléculas entrarem em um recipiente é através da membrana de grafeno. A própria membrana é flexível e responde a pequenas mudanças na pressão dentro do recipiente.

p Os pesquisadores então colocaram os recipientes em gás hélio. Se os átomos entrarem ou saírem de um recipiente, a pressão do gás dentro aumenta ou diminui, respectivamente, e torna a superfície da tampa protuberante em algumas distâncias pequenas. A equipe monitorou esses movimentos com precisão angstrom usando um microscópio de força atômica.

p "O novo resultado confirma (e fornece uma explicação para) alguns dos relatórios anteriores na literatura sobre a atividade catalítica inesperadamente alta do grafeno, o que era particularmente contra-intuitivo por causa da extrema inércia de seu pai principal, grafite, "diz o professor Sir Andre Geim.

p Como uma "parede de vidro de um quilômetro de espessura"

p A partir de mudanças na posição da membrana, o número de átomos ou moléculas que penetram no grafeno pode ser calculado com precisão. Os pesquisadores descobriram que não mais do que alguns átomos de hélio - se houver - entram ou saem de seu contêiner por hora. "Esta sensibilidade é mais de oito a nove ordens de magnitude maior do que a alcançada em experimentos anteriores sobre impermeabilidade ao grafeno, que eram algumas ordens de magnitude mais sensíveis do que o limite de detecção dos detectores de vazamento de hélio modernos. Para colocar isso em perspectiva, o carbono com um átomo de espessura é menos permeável aos gases do que uma parede de vidro com um quilômetro de espessura, "explica Geim.

p O hélio é o mais permeável de todos os gases, por causa de seus pequenos átomos de interação fraca. Apesar disso, os pesquisadores decidiram repetir seus experimentos com outros gases, como néon, azoto, oxigênio, argônio, criptônio, xenônio e hidrogênio. Todos eles não mostraram permeação com a mesma precisão alcançada para o hélio, exceto para o hidrogênio. Em contraste com todos os outros, ele permeou com relativa rapidez através do grafeno sem defeitos. Dr. Pengzhan Sun, o primeiro autor do artigo da Nature, comentou "Este é um resultado chocante:uma molécula de hidrogênio é muito maior do que um átomo de hélio. Se este último não pode passar, como podem as moléculas maiores. "

p Grafeno curvo para dissociação de hidrogênio

p A equipe atribui a inesperada permeação de hidrogênio ao fato de que as membranas de grafeno não são completamente planas, mas têm muitas ondulações nanométricas. Aqueles atuam como regiões cataliticamente ativas e dissociam hidrogênio molecular absorvido em dois átomos de hidrogênio, uma reação que geralmente é extremamente desfavorável. Ondulações de grafeno favorecem a divisão do hidrogênio, de acordo com a teoria. Então, os átomos de hidrogênio adsorvidos podem virar para o outro lado das membranas de grafeno com relativa facilidade, de forma semelhante à permeação de prótons por grafeno sem defeitos. O último processo era conhecido antes e explicado pelo fato de que os prótons são partículas subatômicas, pequeno o suficiente para passar pela densa estrutura de cristal do grafeno.

p "O novo resultado confirma (e fornece uma explicação para) alguns dos relatórios anteriores na literatura sobre a atividade catalítica inesperadamente alta do grafeno, o que era particularmente contra-intuitivo por causa da extrema inércia de seu pai principal, grafite, "diz Geim.

p "Nosso trabalho fornece uma base para entender por que o grafeno pode funcionar como um catalisador - algo que deve estimular mais pesquisas sobre o uso do material em tais aplicações no futuro, "Dr. Sun acrescenta." Em certo sentido, nanoripples de grafeno se comportam como partículas de platina, que também são conhecidos por dividir o hidrogênio molecular. Mas ninguém esperava isso do grafeno aparentemente inerte. "