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📰 PremiĂšre observation d’un empilement super-dense de molĂ©cules d’hydrogĂšne sur une surface

📰 PremiĂšre observation d’un empilement super-dense de molĂ©cules d’hydrogĂšne sur une surface – Nouvelle mise Ă  jour 2023

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Dans un article paru dans Nature Chemistry, des scientifiques* dĂ©crivent la formation d’une monocouche super-dense d’hydrogĂšne sur de la silice mĂ©soporeuse hautement ordonnĂ©e prĂšs de la tempĂ©rature d’Ă©bullition. Les Ă©tudes thĂ©oriques et les simulations confirment les observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phĂ©nomĂšnes, sans volontĂ© de les…) expĂ©rimentales de la densitĂ© (La densitĂ© ou densitĂ© relative d’un corps est le rapport de sa masse volumique Ă  la…) d’hydrogĂšne (L’hydrogĂšne est un Ă©lĂ©ment chimique de symbole H et de numĂ©ro atomique 1.) inhabituellement Ă©levĂ©e dans la couche adsorbĂ©e qui devrait considĂ©rablement augmenter la capacitĂ© volumĂ©trique des systĂšmes de stockage d’hydrogĂšne cryogĂ©nique.

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© Rémy Guillet-Nicolas

L’hydrogĂšne (H2) est actuellement considĂ©rĂ© comme un vecteur Ă©nergĂ©tique (Tout ce qui est capable de vĂ©hiculer de l’énergie peut ĂȘtre considĂ©rĂ© comme un vecteur…) prometteur dans un monde (Le mot monde peut dĂ©signer 🙂 nĂ©cessitant des Ă©nergies renouvelables. En effet, il prĂ©sente la densitĂ© d’Ă©nergie (Dans le sens commun l’Ă©nergie dĂ©signe tout ce qui permet d’effectuer un travail, fabriquer de la…) la plus Ă©levĂ©e de tous les carburants chimiques (141 MJ/kg), soit trois fois plus que l’essence (46 MJ/kg). Cependant, sa faible densitĂ© volumĂ©trique limite son utilisation gĂ©nĂ©ralisĂ©e dans les transports (Le transport, du latin trans, au-delĂ , et portare, porter, est le fait de porter quelque chose, ou…) par exemple, car les options de stockage actuelles nĂ©cessitent beaucoup d’espace. A tempĂ©rature (La tempĂ©rature est une grandeur physique mesurĂ©e Ă  l’aide d’un thermomĂštre et…) ambiante, un kilogramme (Le kilogramme (symbole kg) est l’unitĂ© de masse dans le SystĂšme international…) d’hydrogĂšne gazeux occupe un volume (Le volume, en sciences physiques ou mathĂ©matiques, est une grandeur qui mesure l’extension…) de 12 000 litres (12 mĂštres cubes)…

Dans les vĂ©hicules Ă  pile Ă  combustible (Une pile Ă  combustible est une pile oĂč la fabrication de l’Ă©lectricitĂ© se fait…), l’hydrogĂšne est stockĂ© sous trĂšs haute pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportĂ©e…) (700 fois la pression atmosphĂ©rique) oĂč il devient liquide (La phase liquide est un Ă©tat de la matiĂšre. Sous cette forme, la matiĂšre est…), ce qui rĂ©duit son volume Ă  25 litres par kilogramme de H2. Mais l’hydrogĂšne liquide nĂ©cessite des tempĂ©ratures extrĂȘmement basses puisque son point (Graphie) d’Ă©bullition (L’ébullition est la formation de bulles lors d’un changement violent d’un corps…) de l’hydrogĂšne est de moins 253°C.

Des Ă©quipes de scientifiques* viennent de montrer que l’hydrogĂšne pouvait se condenser sur une surface (Une surface dĂ©signe gĂ©nĂ©ralement la couche superficielle d’un objet. Le terme a…) Ă  trĂšs basse tempĂ©rature, prĂšs du point d’Ă©bullition, formant (Dans l’intonation, les changements de frĂ©quence fondamentale sont perçus comme des variations de…) une monocouche super dense dĂ©passant la densitĂ© de l’hydrogĂšne liquide d’un facteur de prĂšs de trois, ce qui rĂ©duit le volume Ă  seulement 5 litres par kilogramme de H2. RĂ©sultat surprenant car deux fois plus de molĂ©cules H2 que d’atomes (Un atome (du grec Î±Ï„ÎżÎŒÎżÏ‚, atomos, « que l’on ne peut…) du gaz noble (On appelle gaz nobles, ou plus couramment gaz rares, les Ă©lĂ©ments chimiques du groupe 18…) argon (L’argon est un Ă©lĂ©ment chimique, de symbole Ar et de numĂ©ro atomique 18.) couvrent la mĂȘme surface alors que les deux atomes sont Ă  peu prĂšs de la mĂȘme taille. Les scientifiques constatent que les molĂ©cules H2 se serrent Ă©troitement les unes contre les autres pour former cette couche super dense. Des expĂ©riences de cryo-adsorption Ă  haute rĂ©solution sur de la silice (La silice est constituĂ©e de dioxyde de silicium, un composĂ© chimique qui entre dans la…) mĂ©soporeuse hautement ordonnĂ©e prĂ©sentant des caractĂ©ristiques de pores et de surface bien dĂ©finies ont permis de dĂ©terminer le nombre (La notion de nombre en linguistique est traitĂ©e Ă  l’article « Nombre…) de molĂ©cules condensĂ©es Ă  la surface du matĂ©riau (Un matĂ©riau est une matiĂšre d’origine naturelle ou artificielle que l’homme façonne…), et la diffusion (Dans le langage courant, le terme diffusion fait rĂ©fĂ©rence Ă  une notion de…) inĂ©lastique des neutrons leur a permis de suivre la formation de cette couche d’hydrogĂšne bidimensionnelle, confirmant pour la premiĂšre fois in situ, l’existence de cet hydrogĂšne super dense.

Des Ă©tudes thĂ©oriques confirment les observations expĂ©rimentales de la densitĂ© d’hydrogĂšne anormalement Ă©levĂ©e dans la couche adsorbĂ©e. Les scientifiques expliquent ce phĂ©nomĂšne par les forces d’attraction de la surface bien plus fortes que la rĂ©pulsion entre deux molĂ©cules d’hydrogĂšne, entrainant un empilement d’hydrogĂšne super dense sur la surface de silice mĂ©soporeuse. Au-delĂ  de l’intĂ©rĂȘt fondamental que prĂ©sente la formation de cette couche d’hydrogĂšne super dense Ă  basse tempĂ©rature prĂšs du point d’Ă©bullition est d’un intĂ©rĂȘt fondamental, ce rĂ©sultat ouvre Ă©galement des pistes pour amĂ©liorer la capacitĂ© volumĂ©trique des systĂšmes de stockage d’hydrogĂšne cryogĂ©nique dans les nombreuses applications qu’il pourrait rapidement trouver dans le domaine des transports.

Note:
* Ce travail est le fruit (En botanique, le fruit est l’organe vĂ©gĂ©tal protĂ©geant la graine….) d’une collaboration entre l’Institut (Un institut est une organisation permanente crĂ©Ă©e dans un certain but. C’est…) Max Planck (Max Planck (nĂ© Max Karl Ernst Ludwig Planck le 23 avril 1858 Ă  Kiel, Allemagne…) pour les systĂšmes intelligents, la Technische UniversitĂ€t Dresden, la Friedrich-Alexander-UniversitĂ€t Erlangen-NĂŒrnberg, le Laboratoire national d’Oak Ridge et le Laboratoire catalyse (La catalyse est l’action d’une substance appelĂ©e catalyseur sur une transformation chimique…) et spectrochimie (CNRS/Normandie universitĂ©/ENSICAEN).

Référence:
Rafael Balderas-XicohtĂ©ncatl, Hung-Hsuan Lin, Christian Lurz, Luke Daemen, Yongqiang Cheng, Katie Cychosz Struckhoff, Remy Guillet-Nicolas, Gisela SchĂŒtz, Thomas Heine, Anibal J. Ramirez-Cuesta, Matthias Thommes & Michael Hirscher.
Formation of a super-dense hydrogen monolayer on mesoporous silica
Nature Chemistry 2022

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