Van protonenuitwisselingsmembranen in brandstofcellen tot ionenkanalen in biologische membranen, de goed gespecificeerde controle van ionische interacties in beperkte geometrieën heeft een diepgaande invloed op het transport en de selectiviteit van poreuze materialen.

Een nieuwe studie door gebruikers van het Center of Nanoscale Materials van de Universiteit van Chicago, werken met de CNM EMMD Group, beschrijft een veelzijdige nieuwe benadering om de elektrostatische interacties van een membraan met ionen te beheersen door ligand-gecoate nanodeeltjes rond de porie-ingangen af ​​te zetten. Gebruikmakend van de flexibiliteit en controle waarmee geligeerde nanodeeltjes kunnen worden gesynthetiseerd, eindstandige ligandgroepen zoals methyl, carboxyl en amine kunnen worden gebruikt om de ladingsdichtheid van het membraan af te stemmen en het ionentransport te regelen. Verdere functionaliteit, het exploiteren van de liganden als bindingsplaatsen, is aangetoond voor sulfonaatgroepen wat resulteert in een verhoging van de membraanladingsdichtheid. De resultaten worden uitgebreid naar kleinere afmetingen door de onderliggende poriediameter systematisch te variëren.

Als geheel, deze resultaten schetsen een voorheen onontgonnen methode voor de functionalisering van nanodeeltjes van membranen met behulp van geligeerde nanodeeltjes om ionentransport te regelen. Hoewel deze studie zich richt op de introductie van op lading gebaseerde interacties, uiteindelijk benadrukken de resultaten een algemene weg naar membraanfunctionalisatie die geligeerde nanodeeltjes als bouwstenen gebruikt, a-priori gefunctionaliseerd door een geschikte keuze van inkapselingsligand.

Dit werk opent spannende mogelijkheden voor een aantal gefunctionaliseerde componenten die chemisch zijn geadsorbeerd op de oppervlakken van nanodeeltjes, en voor de eerste keer beschrijft een manier om deze functionaliteit te leveren aan poreuze substraten. Een dergelijke aanpak zou onmiddellijke gevolgen kunnen hebben voor een breed scala aan op membraan gebaseerde systemen, inclusief die van biologische en biomimetische oorsprong, in zowel fundamentele wetenschappelijke studies als toegepaste technologieën.