Sähkökentät katalysoivat grafeenin energia- ja laskentanäkymiä

Manchesterin yliopiston National Graphene Instituten tutkijat ovat tehneet uraauurtavan löydön, joka voi mullistaa energian hyödyntämisen ja tietojenkäsittelyn. Heidän tutkimuksensa paljastaa, kuinka sähkökentän vaikutukset voivat selektiivisesti nopeuttaa kytkeytyviä sähkökemiallisia prosesseja grafeenissa.

Sähkökemialliset prosessit ovat välttämättömiä uusiutuvan energian teknologioissa, kuten akuissa, polttokennoissa ja elektrolysaattoreissa. Niiden tehokkuutta haittaavat kuitenkin usein hitaat reaktiot ja ei-toivotut sivuvaikutukset. Perinteiset lähestymistavat ovat keskittyneet uusiin materiaaleihin, mutta merkittäviä haasteita on jäljellä.

Tutkijatiimi, jota johtaa Marcelo Lozada-Hidalgo, on omaksunut uudenlaisen lähestymistavan. He ovat onnistuneesti erottaneet erottamattoman yhteyden varauksen ja sähkökentän väliltä grafeenielektrodien sisällä, mikä mahdollistaa ennennäkemättömän hallinnan tämän materiaalin sähkökemiallisissa prosesseissa. Läpimurto haastaa aiemmat oletukset ja avaa uusia väyliä energiateknologioille.

Tohtori Marcelo Lozada-Hidalgo näkee tämän löydön muuttajana: "Olemme onnistuneet avaamaan parametriavaruuden, johon aiemmin ei ollut pääsyä.

Teknisesti tutkimus keskittyy protoniin liittyviin prosesseihin, jotka ovat perustavanlaatuisia vetykatalysaattoreille ja elektronisille laitteille. Erityisesti ryhmä tutki kahta protoniprosessia grafeenissa:

Protonien siirto: Tämä prosessi on tärkeä uusien vetykalyyttien ja polttokennokalvojen kehittämisessä.

Protoniadsorptio (hydraus): Tärkeä elektronisille laitteille, kuten transistoreille, tämä prosessi kytkee grafeenin johtavuuden päälle ja pois.

Perinteisesti nämä prosessit ovat kytkeytyneet grafeenirakenteisiin, mikä teki haasteellisesta hallita yhtä ilman, että se vaikuttaa toiseen. Tutkijat onnistuivat erottamaan nämä prosessit toisistaan ja havaitsivat, että sähkökentän vaikutukset voivat merkittävästi nopeuttaa protonien siirtoa samalla kun se ohjaa hydrausta itsenäisesti.

Tämä selektiivinen nopeutuminen oli odottamaton ja esittelee uuden menetelmän sähkökemiallisten prosessien ohjaamiseen.

Paperin ensimmäinen kirjoittaja tohtori Jincheng Tong korosti laajempaa vaikutusta energiasovelluksiin: "Osoitamme, että sähkökenttävaikutukset voivat erottaa ja nopeuttaa sähkökemiallisia prosesseja 2D-kiteissä. Tämä voitaisiin yhdistää huippuluokan katalyytteihin, jotta voidaan tehokkaasti ajaa monimutkaisia prosesseja, kuten hiilidioksidin vähentämistä.

Tohtori Yangming Fu, toinen kirjoittaja, viittaa mahdollisiin sovelluksiin tietojenkäsittelyssä: "Näiden prosessien hallinta antaa grafeenirakenteillemme kaksinkertaisen toiminnon sekä muistina että logiikkaporttina. Tasoittaessaan tietä uusille protoneilla toimiville laskentaverkoille se voisi mahdollistaa pienikokoiset, vähän energiaa kuluttavat analogiset laskentalaitteet.

Aiheesta aiemmin:

Grafeenia, fotosynteesiä ja tekoälyä vihreään energiantuotantoon

Grafeenia, vihreää energiaa ja materiaaleja

Protoneista akkujen varausten siirtäjä?