Hoe ionen aan oppervlakken blijven kleven, heeft grote invloed op vitale processen in alles, van waterzuiveraars tot batterijen. Al decenia, wetenschappers hebben gedebatteerd over de mechanica van een dergelijke binding, of adsorptie. Bepaalde ionen in water adsorbeerden niet zoals voorspeld aan een oppervlak. Nutsvoorzieningen, wetenschappers weten waarom. Door een grafeenoppervlak te bestuderen dat in water is ondergedompeld, wetenschappers toonden aan dat een interactie tussen het grafeen en een ion de adsorptie, in tegenstelling tot het geval voor de lucht/water-interface.

Als het gaat om ionenadsorptie, er zijn subtiele, maar belangrijk, verschillen op moleculaire schaal. Dus, wetenschappers moeten met deze verschillen rekening houden bij het werken met ionen en oppervlakken in water. Deze interacties zijn aanwezig in alles, van batterijconstructie tot zenuwsignalering tot wolkenvorming.

Op veel gebieden van wetenschap en technologie, de adsorptie van ionen aan waterige grensvlakken speelt een sleutelrol. Voor een lange tijd, scheikunde- en natuurkundeteksten hebben verklaard dat alle ionen worden afgestoten van grensvlakken tussen water en een hydrofoob materiaal. Echter, nieuwe experimenten en computersimulaties hebben aangetoond dat bepaalde ionen, bekend als chaotrope ionen, volg dat patroon niet. Onderzoekers onderzochten waarom die ionen anders adsorberen.

Ze onderzochten thiocyanaationen die aan een vel grafeen kleven (een dun, niet-geladen koolstofoppervlak) ondergedompeld in water. Met behulp van diepe ultraviolette metingen van de tweede harmonische generatie van het ion, samen met bijbehorende computersimulaties, het team bepaalde de vrije energie van ionenadsorptie. Hoewel de vrije energie die betrokken is bij het adsorberen van het ion aan het grafeen / water-interface bijna identiek is aan de overeenkomstige waarde voor een lucht / water-interface, het onderzoek toont aan dat de betrokken mechanismen totaal verschillend zijn.

Terwijl adsorptie aan het lucht/water-grensvlak wordt gedomineerd door herpartitionering van oplosmiddelen, waarin de watermoleculen van positie en oriëntatie veranderen nabij het ion, directe interacties van het ion met grafeen domineren in het geval van grafeen / water-interfaces.