L’eau présente des propriétés inhabituelles lorsque qu’elle est confinée à l’échelle nanométrique. L’une de ces propriétés est son transport ultra-rapide, notamment dans les assemblages d'oxyde de graphène (GO). Ainsi, il est envisagé d’utiliser des membranes autosupportées de GO pour des applications de purification de l’eau, de tri moléculaire ou comme capteurs d’humidité. Or, le mécanisme d’hydratation du GO reste controversé. Lors de l’hydratation, l’adsorption de l’eau entre les feuillets de GO induit une expansion de la distance interfeuillet. Pour expliquer les variations de cette distance, notée d, différents mécanismes d'hydratation ont été proposés dans la littérature. La description de l’état d'hydratation peut varier d’une étude à l’autre pour une même valeur de d. Afin d’élucider le mécanisme en jeu, nous avons étudié l’hydratation d’un papier de GO multifeuillet en réalisant des mesures in situ de diffusion des rayons X dans une chambre à humidité contrôlée dédiée. L’évolution de d en fonction de l’humidité relative (RH=0-100%) a été suivie sur un même échantillon en fonction du temps pour chaque valeur de RH. Étonnamment, l’évolution temporelle est similaire pour tous les RH. De plus, pour la première fois, deux régimes d'adsorption sont mis en évidence (figure). Le premier régime correspond à une large gamme de RH (6-60%) et consiste en une adsorption de molécules sur des sites spécifiques du GO (groupes fonctionnels, lacunes...), entraînant une expansion limitée de la distance interfeuilet à l’équilibre (Δd~1Å). Au-delà, un deuxième régime se met en place, avec la formation d’une monocouche d'eau (Δd ~3.5 Å). On s’attend à ce que les molécules au sein de cette monocouche soient moins contraintes et présentent un comportement similaire à l’eau liquide, une condition préalable pour les applications de filtration ultra-rapide.

1 figura.-- Comunicación presentada en el Colloque Francophone du Carbone organizado por la Société Francophone d’Etude des Carbones, 23- 26 abril 2019, en Samatan-Gers (Francia).