Den subtile rolle af overflader i ion-klæbrighed

Hvordan ioner klæber til overflader har stor indflydelse på vitale processer i alt fra vandrensere til batterier. I årtier, videnskabsmænd har diskuteret mekanikken ved en sådan binding, eller adsorption. Visse ioner i vand adsorberede ikke til en overflade som forudsagt. Nu, videnskabsmænd ved hvorfor. Ved at studere en grafenoverflade nedsænket i vand, videnskabsmænd viste, at en interaktion mellem grafen og en ion driver adsorptionen, i modsætning til tilfældet for luft/vand-grænsefladen.

Når det kommer til ionadsorption, der er subtile, men vigtigt, forskelle på molekylær skala. Dermed, videnskabsmænd skal overveje disse forskelle, når de arbejder med ioner og overflader i vand. Disse interaktioner er til stede i alt fra batterikonstruktion til nervesignalering til skydannelse.

På mange områder af videnskab og teknologi, adsorptionen af ​​ioner til vandige grænseflader spiller en nøglerolle. I lang tid, kemi- og fysiktekster har udtalt, at alle ioner frastødes fra grænseflader mellem vand og et hydrofobt materiale. Imidlertid, nye eksperimenter og computersimuleringer har vist, at visse ioner, kendt som kaotrope ioner, følg ikke det mønster. Forskere undersøgte, hvorfor disse ioner adsorberer forskelligt.

De undersøgte thiocyanationer, der klæber til et ark grafen (en tynd, ikke-ladet kulstofoverflade) nedsænket i vand. Ved at bruge dybe ultraviolette målinger af anden harmonisk generation af ionen, sammen med tilhørende computersimuleringer, holdet bestemte den frie energi af ionadsorption. Mens den frie energi, der er involveret i at adsorbere ionen til grafen/vand-grænsefladen, er næsten identisk med den tilsvarende værdi for en luft/vand-grænseflade, forskningen viser, at de involverede mekanismer er helt forskellige.

Mens adsorption ved luft/vand-grænsefladen er domineret af opløsningsmiddelopdeling, hvor vandmolekylerne ændrer position og orientering nær ionen, direkte interaktioner mellem ionen og grafen dominerer i tilfælde af grafen/vand-grænseflader.