Het begrijpen en beheersen van ionentransport in poreuze materialen en op hydrofobe grensvlakken is van cruciaal belang voor een breed scala aan energie- en milieutechnologieën, variërend van ionselectieve membranen, medicijnafgifte en biosensing naar ionbatterijen en supercondensatoren.

Echter, een gedetailleerd begrip van transport op nanoschaal staat nog in de kinderschoenen. Bijvoorbeeld, transport op nanoschaal is vaak beschreven door vereenvoudigde continuümmodellen die gebaseerd zijn op een puntladingbeschrijving voor ionen en een homogeen diëlektrisch medium voor het oplosmiddel, die ionen met dezelfde valentie niet differentiëren.

In een recente studie, Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) wetenschappers, in samenwerking met de Universiteit van Californië, Irvine (UCI), toonde aan dat ionentransport nabij een hydrofoob grensvlak niet alleen afhankelijk is van aangelegde spanning, maar op het type ion. Het team ontdekte dat ionenstromen door enkelvoudige siliciumnitride-nanoporiën die een hydrofobe-hydrofiele overgang bevatten sterk afhankelijk kunnen zijn van de grootte en hydratatiesterkte van de gesolvateerde ionen.

"Onze moleculaire dynamica-simulaties toonden aan dat de grote anionen, zoals broom en jodium, zijn geneigd om van de waterige oplossing naar het grensvlak te migreren, wat leidt tot de accumulatie van anionen die verantwoordelijk is voor poriebevochtiging en verhoogde ionenstromen, " zei Fikret Aydin, een postdoc in de Quantum Simulations Group in de Materials Science Division van LLNL, en een theorie-lead van een paper die verschijnt in ACS Nano .

Zuzanna Siwy, een UCI-professor in de afdeling Natuur- en Sterrenkunde en een co-auteur van het artikel, zei dat de studie van groot belang is bij het voorbereiden van ion-responsieve systemen op basis van hydrofobe poriën. "Je kunt je ook voorstellen dat het mogelijk moet zijn om een ​​klepachtig membraan te maken, die openstaat voor ionisch en moleculair transport wanneer een drempelspanning en/of poortion wordt toegevoegd, " ze zei.

An Pham, een LLNL-materiaalwetenschapper in de Quantum Simulations Group en een co-hoofdauteur van het artikel voegde toe:"De bevindingen bieden een fundamenteel begrip van de rol van ionhydratatie op de eigenschappen van vaste / vloeibare interfaces, wat belangrijk is voor het ontwerpen van nanoporeuze systemen die selectief zijn voor ionen met dezelfde lading, evenals voor de realisatie van ion-geïnduceerde bevochtiging in hydrofobe poriën."