Se enkelte protoner bevæge sig ved vandfaste grænseflader

H ⁺ proton består af en enkelt ion af brint, den mindste og letteste af alle de kemiske grundstoffer. Disse protoner forekommer naturligt i vand, hvor en lille andel af H ₂ O-molekyler adskilles spontant. Mængden i en væske bestemmer, om opløsningen er sur eller basisk. Protoner er også ekstremt mobile, bevæger sig gennem vand ved at hoppe fra et vandmolekyle til et andet.

Protontransport ved vand-faste grænseflader

Den måde, denne transportproces fungerer på i en vandmasse, er relativt godt forstået. Men tilstedeværelsen af ​​en fast overflade kan dramatisk påvirke, hvordan protoner opfører sig, og videnskabsmænd har i øjeblikket meget lidt værktøjer til at måle disse bevægelser ved vand-faste grænseflader. I denne nye undersøgelse, Jean Comtet, en postdoktor ved EPFL's School of Engineering (STI), har givet det første glimt af protons adfærd, når vand kommer i kontakt med en fast overflade, går ned til den ultimative skala for enkelt proton og enkelt opladning. Hans resultater, offentliggjort i tidsskriftet Natur nanoteknologi , afsløre, at protoner har en tendens til at bevæge sig langs grænsefladen mellem disse to medier. Undersøgelsen nød godt af hjælp fra forskere fra Institut for Kemi ved École Normale Supérieure (ENS) i Paris, som udførte simuleringer.

Krystallinske defekter

Comtet studerede grænsefladen mellem vand og en krystal af bornitrid, et ekstremt glat materiale. "Krystallens overflade kan indeholde defekter, " siger Comtet. "Vi fandt ud af, at disse ufuldkommenheder fungerer som markører, genudsender lys, når en proton binder sig til dem." Ved hjælp af et superopløsningsmikroskop, han var i stand til at observere disse fluorescenssignaler og måle defekternes position inden for omkring 10 nanometer - en utrolig høj grad af præcision. Endnu mere interessant, undersøgelsen afslørede ny indsigt i den måde, hvorpå krystallinske defekter aktiveres. "Vi observerede defekter på overfladen af ​​krystal, der lyste op efter hinanden, da de kom i kontakt med vand, " tilføjer Comtet. "Vi indså, at dette lysmønster blev produceret af en enkelt proton, der hoppede fra defekt til defekt, generere en identificerbar vej."

Et stort eksperimentelt gennembrud

Et af de vigtigste resultater af undersøgelsen er, at protoner har en tendens til at bevæge sig langs grænsefladen mellem vand og fast stof. "Protonerne bliver ved med at bevæge sig, men krammer overfladen af ​​det faste stof, " forklarer Comtet. "Det er derfor, vi ser den slags mønstre." Aleksandra Radenovic, professor ved EPFL's Laboratory of Nanoscale Biology (LBEN), tilføjer:"Dette er et stort eksperimentelt gennembrud, der fremmer vores forståelse af, hvordan ladninger i vand interagerer med faste overflader."

"Vores observationer, i denne specifikke sammenhæng, kan nemt ekstrapoleres til andre materialer og miljøer, "siger Comtet." Disse opdagelser kan have vigtige konsekvenser på mange andre områder og discipliner, fra forståelse af biologiske processer ved celle-membran-grænsefladen til at designe mere effektive filtre og batterier.