Исследователи изучают влияние сольватации и валентности ионов на металлополимеры

В новой работе, опубликованной в журнале JACS AU, исследователи из Университета Иллинойса Урбана-Шампейн проанализировали влияние сольватации и валентности ионов на металлополимеры, что имеет значение для восстановления и переработки важнейших материалов и восстановления окружающей среды.

Профессор химической и биомолекулярной инженерии (ChBE) Сяо Су возглавил исследование, в ходе которого были изучены научные основы селективности «предпочтений» моновалентных и двухвалентных анионов по отношению к окислительно-восстановительным полимерам. Другими словами, почему, когда электроды покрыты пленками окислительно-восстановительных полимеров и к ним прикладывается потенциал, один ион предпочитает окислительно-восстановительный полимер, а другой нет.

Идея проста, — говорит Су.

Когда вы прикладываете потенциал, вы связываете ион, и тогда вы хотите иметь поверхность, которая обеспечивает селективность по отношению к нужному вам иону. Затем, приложив противоположный потенциал, вы можете регенерировать его. Таким образом, вы получаете полностью электрохимически управляемый, экологичный способ разделения ионов. Ключевым моментом в этом процессе является понимание того, почему ионы предпочитают электрод именно так, как они это делают.

Команда предположила, что сольватация играет определенную роль в определении селективности.

Работая с Джимом Браунингом, Ханью Вангом и Матом Дусе из Ок-Риджской национальной лаборатории, команда использовала нейтронную рефлектометрию (NR) для наблюдения за набуханием пленок, а также за количеством и распределением воды, попадающей в полимер при подаче потенциала. В данном случае использовались две тонкие редокс-активные металлополимерные пленки с различными гидрофильными/гидрофобными характеристиками — поли (винилферроцен) (PVFc) и поли (3-ферроценилпропилметакриламид) (PFPMAm) — и целью было отделение рения от молибдена.

К пленкам PVFc и PFPMAm в растворе, содержащем рений, и аналогичном растворе, содержащем молибден, была приложена последовательность восстановительных/окислительных потенциалов — достаточное количество потенциалов, чтобы соответственно восстановить или окислить пленки. Они отслеживали процесс набухания с помощью ЯКР и спектроскопической эллипсометрии (SE), а также использовали электрохимический кварцевый микровесы (EQCM) для мониторинга изменения массы на границе раздела фаз. Сотрудники Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории, Мань Нгуен и Ванда Глезакоу, провели расчеты молекулярной динамики ab initio (AIMD) — мощный инструмент, моделирующий физику, происходящую на электроде.

NR, SE и EQCM использовались in situ, что дало исследователям уникальную возможность получить более четкую молекулярную картину поведения, чем когда-либо прежде.

Нейтроны сыграли ключевую роль в отслеживании движения воды в полимерах в реальных рабочих условиях, — говорит Риккардо Кандеаго, аспирант ChBE, который является первым автором статьи.

Используя несколько методов in situ, а также моделирование, мы получили полное представление о нашей системе.

Анализ показал, что пленки PVFc и PFPMAm набухают в присутствии моновалентного аниона рения, но не двухвалентного аниона молибдена.

Мы обнаружили, что сольватация действительно играет определенную роль: PVFc, более гидрофобный полимер, предпочитает наименее сольватированный анион — в данном случае рений, — говорит Су.

А двухвалентные анионы, когда они приходят, на самом деле имеют тенденцию к электростатическому сшиванию пленки, поэтому она не так хорошо поддается регенерации. В общем, эти пленки очень хорошо улавливают эти однозарядные ионы.

Су говорит, что полученные им результаты помогут разработать более совершенные системы разделения ионов, такие как рециклинг материалов и восстановление металлов. Например, рений является одновременно ценным металлом, используемым в качестве катализатора, и аналогом технеция — радиоактивного элемента, который трудно выделить из ядерных отходов, поэтому улавливание рения имеет большое значение для рециклинга стратегических металлов. Но эти передовые методы определения характеристик могут быть использованы и для более широких классов полимеров, а не только для металлополимеров, что означает создание более совершенных систем для таких процессов, как очистка воды и восстановление окружающей среды.

Такое понимание стало возможным только благодаря использованию этих инструментов, и это может дать нам много нового, — говорит Су.

Так, при разработке систем, способных захватывать ионы с различными зарядами, а также ионы с различными свойствами сольватации, это может помочь нам установить некоторые принципы проектирования. В целом, это очень фундаментальное исследование, но оно имеет практическое применение в будущем.

13.04.2024


Подписаться в Telegram



Экология

Российские ученые нашли на Эльбрусе цинк и медь
Российские ученые нашли на Эльбрусе цинк и медь

Биологи изучили ледники Эльбруса, и ...

Ноша последствий изменения климата ляжет на хрупкие женские плечи
Ноша последствий изменения климата ляжет на хрупкие женские плечи

Согласно новому исследованию, опубликованному ...

Nature Geoscience: Тысячелетия тому назад Нил был совсем другим
Nature Geoscience: Тысячелетия тому назад Нил был совсем другим

Исследователи изучили, как развивалась ре...

Ученые впервые количественно оценили пробелы в удалении углерода
Ученые впервые количественно оценили пробелы в удалении углерода

Новое исследование, проведенное Университетом ...

NREE: Виноградари всего мира бьют тревогу из-за изменения климата
NREE: Виноградари всего мира бьют тревогу из-за изменения климата

Виноград, выращиваемый для производства в...

Climate Dynamics: Вот как условия на суше влияют на муссонный климат Азии
Climate Dynamics: Вот как условия на суше влияют на муссонный климат Азии

Исследователи из Токийского столичного ун...

Лаборатория Sandia нашла новые подсказки о потеплении в Арктике
Лаборатория Sandia нашла новые подсказки о потеплении в Арктике

Арктика, ледяная корона Земли, переживает клим...

EHP: Изменение климата может повлиять на вес детей при рождении
EHP: Изменение климата может повлиять на вес детей при рождении

Изменение климата может представлять большую о...

Natural Hazards: Смешанные леса защищают от цунами лучше монокультурных
Natural Hazards: Смешанные леса защищают от цунами лучше монокультурных

Прибрежные леса в Японии преимущественно ...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

В экоиндексе городов Казани не нашлось места в первой тройке
В экоиндексе городов Казани не нашлось места в первой тройке
Новый кампус БФУ станет центром физики высоких технологий
Новый кампус БФУ станет центром физики высоких технологий
В Московском Политехе рассказали, как новые технологии меняют облик автомобиля
В Московском Политехе рассказали, как новые технологии меняют облик автомобиля
PLOS Global Public Health: В США падает потребление сигарет, сахара и опиоидов
PLOS Global Public Health: В США падает потребление сигарет, сахара и опиоидов
Scientific Reports: Создан ультразвуковой настраиваемый ЖК-рассеиватель света
Scientific Reports: Создан ультразвуковой настраиваемый ЖК-рассеиватель света
Раннее слабоумие встречается все чаще — заболеваемость болезнью Альцгеймера растет
Раннее слабоумие встречается все чаще — заболеваемость болезнью Альцгеймера растет
APL Materials: Открыт метод лазерной печати для создания запоминающих устройств
APL Materials: Открыт метод лазерной печати для создания запоминающих устройств
Уникальное наноустройство открывает путь к новым беспроводным каналам связи
Уникальное наноустройство открывает путь к новым беспроводным каналам связи
Химики СПбГУ создали сенсор для определения гистамина по слюне
Химики СПбГУ создали сенсор для определения гистамина по слюне
Пестициды могут повышать риск развития некоторых видов рака, как и курение
Пестициды могут повышать риск развития некоторых видов рака, как и курение
В КФУ создают препарат для лечения ишемии-реперфузии нервной ткани
В КФУ создают препарат для лечения ишемии-реперфузии нервной ткани
JRSSIG: Пик формы легкоатлетов-олимпийцев — чуть меньше 27 лет
JRSSIG: Пик формы легкоатлетов-олимпийцев — чуть меньше 27 лет
Учёные ЛЭТИ создали прототип системы для прогноза осадков и диагностики фруктов
Учёные ЛЭТИ создали прототип системы для прогноза осадков и диагностики фруктов
В России предложили новую классификацию камней в почках по структуре и составу
В России предложили новую классификацию камней в почках по структуре и составу
ACS Nano: Благодаря 3D-печати ученые впервые увидели, как светятся наноструктуры
ACS Nano: Благодаря 3D-печати ученые впервые увидели, как светятся наноструктуры

Новости компаний, релизы

Ученые СПбГУ: остатки самой северной древней саламандры подтвердили наличие сибирского убежища в юрский период
Ученые ТПУ предложили улучшенную модель калибровки светимости Большого адронного коллайдера
Молодые ученые ТПУ создают прозрачную бронекерамику для работы в экстремальных условиях
Московский Политех внедряет ИИ для повышения эффективности приемной кампании и трансформации обучения
Президенту Узбекистана презентовали вертолет Ансат