Water is raar - en toch zo belangrijk. In feite, het is een van de meest ongewone moleculen op aarde. Het kookt op een temperatuur die het niet zou moeten doen. Het zet uit en drijft als het in vaste toestand is. De oppervlaktespanning is hoger dan zou moeten. Nutsvoorzieningen, nieuw onderzoek gepubliceerd in het tijdschrift Natuur heeft nog een even vreemde eigenschap toegevoegd aan de lijst met eigenaardigheden van water. De implicaties van deze nieuwe onthulling kunnen een opmerkelijke impact hebben op alle watergerelateerde processen, van waterzuivering tot de productie van geneesmiddelen.

Stephen Cronin, hoogleraar elektrotechniek en computertechniek bij USC Viterbi, en Alexander Benderskii, universitair hoofddocent scheikunde aan het USC Dornsife College of Letters, Kunsten en Wetenschappen, hebben aangetoond dat wanneer water in contact komt met een elektrodeoppervlak, niet al zijn moleculen op dezelfde manier reageren. Dit kan een dramatische invloed hebben op hoe goed verschillende stoffen kunnen oplossen in water dat onderhevig is aan een elektrisch veld, Die op zijn beurt, kan bepalen hoe een chemische reactie zal plaatsvinden. En chemische reacties zijn een noodzakelijk onderdeel in hoe we... alles maken.

Het is passend dat dit baanbrekende werk voortkomt uit interdisciplinair onderzoek tussen een chemicus en een elektrotechnisch ingenieur. Ten slotte, scheikunde is in wezen een studie van elektronen, en chemische reacties maken de materialen waarop onze moderne wereld is gebouwd. Elke onderzoeker leverde een belangrijk onderdeel van het werk. In dit geval, een baanbrekende elektrode van de ingenieur, Cronin, en een geavanceerde laserspectroscopietechniek van de chemicus, Benderskii. uiteindelijk, het was de combinatie van deze twee ontwerpen die tot de waargenomen doorbraak leidde.

Eerst, Cronin ontwierp een unieke elektrode opgebouwd uit monolaag grafeen (slechts 0,355 nm dik). Het bouwen van grafeenelektroden op zich is een zeer complex proces. In feite, de elektrode die nodig is voor dit specifieke onderzoek is er een die onderzoeksgroepen over de hele wereld in het verleden hebben geprobeerd en niet hebben gedaan. "Alex en ik hadden een tijdje geworsteld om dit te bereiken en we moesten ons ontwerp vele malen veranderen. Het is de moeite waard en opwindend om eindelijk de resultaten van ons werk te zien, ' zei Cronine.

Zodra de elektrode op een watercel is geplaatst en stroom begint te lopen, Benderskii's techniek komt in het spel. Hij gebruikt een speciale laserspectroscopiemethode die slechts een handvol andere onderzoeksgroepen heeft kunnen reproduceren. "Door onze aanpak te gebruiken om voor het eerst watermoleculen te observeren onder de omstandigheden van onze experimenten, we konden zien hoe de moleculen een interactie aangingen met het veld op een manier die niemand eerder had begrepen, ' zei Benderskii.

Wat de twee ontdekten, was dat de bovenste laag watermoleculen die zich het dichtst bij de elektrode bevindt, op een heel andere manier is uitgelijnd dan de rest van de watermoleculen. Dit besef was onverwacht. Maar het kan de weg openen om nauwkeuriger simulaties uit te voeren van hoe waterige chemische reacties op verschillende gebieden de materialen beïnvloeden waarmee ze werken. Een specifiek gebied waarop dit onderzoek een onmiddellijke impact zou kunnen hebben, is het verstrekken van schoon water. "Water in contact met grafeen wordt inderdaad voorgesteld als een nieuwe technologie bij ontzilting, " zei Cronin. "Ons onderzoek zou wetenschappers kunnen helpen bij het ontwerpen van betere simulaties die mensen uiteindelijk sneller ontzilt schoon water zullen opleveren, goedkoper, en schoner."

Benderskii en Cronin zijn niet van plan hun langdurige onderzoekssamenwerking op korte termijn te beëindigen. Nu ze deze nieuwe kwaliteit van water hebben geïdentificeerd, ze zijn van plan dieper te graven. "Ons gepubliceerde onderzoek gaat over hoe water collectief reageert op een stroming. we proberen te begrijpen hoe deze reactie werkt op individueel moleculair niveau, ' zei Benderskii.