Platina raffineren, plutonium, of bepaalde andere metalen hangen vaak af van hoe het metaal zich gedraagt ​​bij vloeistofgrensvlakken. De uitdaging? Wetenschappers hebben beperkte manieren om de details van vloeistofinterfaces te analyseren. Nutsvoorzieningen, onderzoekers beschreven in significant detail hoe watermoleculen een op platina gebaseerd ion omringen. Hun beschrijving omvat een onverwacht complexe structuur die zich vormt op het oppervlak van de vloeistof. Het team zag maar liefst drie verschillende vormen van water dat zich om het ion wikkelde. De complexe waterstructuur is onverwacht en leidt tot ongewoon gedrag in vergelijking met wat wordt waargenomen rond kleinere en lichtere ionen onder vergelijkbare omstandigheden.

Het raffineren van platina en andere edele metalen omvat het verplaatsen van het gewenste metaal van de ene vloeistof naar de andere. Maar er is weinig bekend over hoe die overdracht op moleculaire schaal werkt. Dit werk helpt verklaren hoe platina en andere zware metalen bewegen en reageren in vloeistoffen.

oplosmiddel extractie, de go-to-technologie voor de opwerking van nucleair afval of de raffinage van zeldzame aardmetalen en edele metalen, omvat de preferentiële overdracht van een beoogde chemische soort tussen twee niet-mengbare fasen via een vloeistof-vloeistof-interface. Er is relatief weinig informatie op moleculaire schaal bekend over het mechanisme of de mechanismen van deze overdracht over een interface. Waarom? Voor een groot deel, de kenniskloof is omdat de meeste experimentele sondes vloeistofinterfaces niet direct kunnen ondervragen. Zelfs de beste oppervlaktegevoelige sondes zijn slechts gevoelig voor beperkte componenten van de grensvlakstructuur.

Om een ​​moleculaire beschrijving te geven van zware, anionische complexen, zoals PtCl62-, met positief geladen extractiemoleculen op het grensvlak lucht/water, onderzoekers combineerden synchrotron-röntgenexperimenten, oppervlaktegevoelige som-frequentiegeneratie (SFG) spectroscopie, en moleculaire dynamische simulaties. Röntgenstralen geleverd door de Advanced Photon Source onderzochten structurele kenmerken van aan het oppervlak gelegen metaalionen. Een combinatie van verstrooiings- en fluorescentiemetingen bracht een tweestaps adsorptieproces aan het licht dat afhankelijk is van de metaalconcentratie in de oplossing. SFG-spectroscopie onthulde een unieke waterstructuur die verband houdt met deze adsorptie. Een nieuwe sub-ensemble-analyse van moleculaire dynamica-simulaties verduidelijkte de details van de grensvlakwaterstructuur als gevolg van de sterk gehydrateerde anionische complexen. Het onderzoek toonde aan dat na adsorptie, de PtCl ₆ ^2- complexen behouden gedeeltelijk hun eerste en tweede hydratatiebolletjes. Het is mogelijk om drie soorten watermoleculen rond de ionen te identificeren, onderscheiden door hun oriëntatie en waterstofbindingsmotieven. De resultaten hebben belangrijke implicaties voor voorspellende modellering van geladen ionen op lucht/water-interfaces.