Открыт новый способ электрохимического управления селективностью ионов

Новое исследование ученых из Университета Иллинойса Урбана-Шампейн расширяет фундаментальные знания о роли сольватации в связывании ионов и представляет новый путь для электрохимического управления селективностью ионов.

Исследование опубликовано в журнале JACS Au.

Команда под руководством профессора химической и биомолекулярной инженерии Сяо Су и недавно окончившей аспирантуру Рейлин Чен основывается на результатах своей предыдущей работы по изучению электрохимического разделения ионов, в ходе которой выяснилось, что важнейшим механизмом связывания ионов является сольватация.

В данном случае исследователи поставили перед собой задачу контролировать сольватацию полимера и использовать ее для связывания различных ионов, причем делать это с помощью электрохимического процесса, используя уникальный подход. Для этого они создали сополимерную систему, содержащую N-изопропилакриламид (NIPAM), который, как было показано ранее, является термочувствительным материалом, и ввели в него окислительно-восстановительные активные единицы. Поскольку сополимер имеет две единицы — электроактивную и термореактивную — теперь есть два пути для управления сольватацией.

Настраивая потенциал, мы, по сути, заставляем NIPAM принимать воду или выделять ее в зависимости от электрохимии, — говорит Су.

Таким образом, вместо термического перехода в NIPAM мы осуществляем электрохимический переход в NIPAM.

Сополимер позволил получить гелевые пленки, которые стали платформой для разделения ионов под контролем сольватации. Исследователи смогли провести испытания с помощью созданного ими метода эллипсометрии in situ, который позволяет наблюдать за толщиной пленки, набухающей и разбухающей в ответ на добавление или выделение воды на основе электрохимии. В сотрудничестве с группой специалистов из Ок-Риджской национальной лаборатории под руководством Джима Браунинга, Ханью Ванга и Мата Дусе они использовали передовую методику, называемую нейтронной рефлектометрией (NR).

По сути, нейтроны позволяют увидеть то, что обычно невозможно увидеть с помощью стандартных методов, таких как рентгеновское излучение, — говорит Су.

Нейтроны очень чувствительны к воде, поэтому по нейтронам можно определить, сколько воды содержится в материале.

Нейтроны позволили им увидеть сольватацию, или то, как много воды распределено по пленке, и показали, что под действием потенциала пленка набухает и впитывает воду. По словам Су, исследователи смогли продемонстрировать, что при различной степени поглощения воды они могут управлять селективностью ионов.

Поскольку их работа предлагает систему, которая может быть активирована как температурой, так и электрохимическим потенциалом, она закладывает основу для создания материальной платформы, которая может быть использована в будущем в различных устойчивых сценариях — например, для питания от возобновляемых источников энергии или отработанного тепла.

Наша работа продвигает область электрохимического разделения для очистки воды и восстановления ресурсов, обеспечивая более глубокое понимание молекулярных механизмов, — говорит Су.

Для разработки более энергоэффективных и селективных технологий важно обеспечить более точный контроль над механизмами связывания ионов. Мы надеемся, что наша работа внесет свой вклад в достижение этой цели, прояснив важность сольватации.

Новое исследование предлагает систему для контроля селективности ионов, которая может быть активирована как температурой, так и электрохимическим потенциалом, что позволяет создать более точную платформу для удаления ионов из воды, и модульную с точки зрения того, что она может использовать два стимула.

Данная работа важна тем, что она предлагает систему, которая может быть активирована как температурой, так и электрохимическим потенциалом, что позволяет создать материальную платформу, которая может быть использована в будущем в различных сценариях (например, питаться от возобновляемой электроэнергии или даже, возможно, отработанного тепла). С точки зрения применения, мы предполагаем, что эта система станет более точной платформой для удаления ионов из воды, а модульность заключается в том, что она может использовать два стимула (тепло и электричество).

13.12.2023


Подписаться в Telegram



Хайтек

В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом
В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом

С помощью большой языковой модели инженеры Мас...

Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах
Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах

Исследовательская группа, работающая в UN...

Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий
Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий

Когда речь заходит о сверхпроводящих куби...

Nature Communications: Совершен прорыв в создании квантовых материалов
Nature Communications: Совершен прорыв в создании квантовых материалов

Исследователи из Калифорнийского универси...

PNAS: Клеточный каркас разобрали на микроскопические пути
PNAS: Клеточный каркас разобрали на микроскопические пути

Исследователи из Принстона применили спле...

Детекторы космических лучей для TAIGA- Muon запустят в серию в ТПУ
Детекторы космических лучей для TAIGA- Muon запустят в серию в ТПУ

Ученые из Томского политехнического униве...

Physical Review Letters: Открыт материал с большим невзаимным поглощением света
Physical Review Letters: Открыт материал с большим невзаимным поглощением света

В основе глобальной интернет-связи лежит оптич...

Applied Surface Science: Открыт путь к мемристорам нового поколения
Applied Surface Science: Открыт путь к мемристорам нового поколения

Мемристорные устройства представляют собой кат...

Frontiers of Optoelectronics: Прогресс в области двумерных полупроводников
Frontiers of Optoelectronics: Прогресс в области двумерных полупроводников

Замещающее легирование чужеродными элементами ...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Исследователи изучают влияние сольватации и валентности ионов на металлополимеры
Исследователи изучают влияние сольватации и валентности ионов на металлополимеры
Инженеры воссоздали голопалубу Star Trek с помощью ChatGPT и видеоигр
Инженеры воссоздали голопалубу Star Trek с помощью ChatGPT и видеоигр
«Литнет» выяснил, что привлекает читателей в книгах о космосе
«Литнет» выяснил, что привлекает читателей в книгах о космосе
Инженеры создают более выгодную сеть для распределения солнечной энергии
Инженеры создают более выгодную сеть для распределения солнечной энергии
New England Journal of Medicine: Упреждающая ангиопластика не улучшает прогноз
New England Journal of Medicine: Упреждающая ангиопластика не улучшает прогноз
IC: Исследователи тестируют биологическую безвредность нейроморфной сети
IC: Исследователи тестируют биологическую безвредность нейроморфной сети
JSPR: Между кортизолом и социальной поддержкой в семейных парах нашли связь
JSPR: Между кортизолом и социальной поддержкой в семейных парах нашли связь
Molecular Psychiatry: Выяснилось, как изменение экспрессии генов вызывает аутизм
Molecular Psychiatry: Выяснилось, как изменение экспрессии генов вызывает аутизм
GBE: ДНК древних пингвинов Адели выявило повторы возрастом сотни миллионов лет
GBE: ДНК древних пингвинов Адели выявило повторы возрастом сотни миллионов лет
Шёнингенские копья доказали: 300 000 лет назад древесина была важнейшим сырьем
Шёнингенские копья доказали: 300 000 лет назад древесина была важнейшим сырьем
NatComm: Машинное обучение поможет создать вертикально-осевые ветряные турбины
NatComm: Машинное обучение поможет создать вертикально-осевые ветряные турбины
Acta Biomaterialia: Созданы трансплантаты, похожие на реальное человеческое ухо
Acta Biomaterialia: Созданы трансплантаты, похожие на реальное человеческое ухо
В двумерных сверхпроводниках открыта незаметная квантовая критическая точка
В двумерных сверхпроводниках открыта незаметная квантовая критическая точка
В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом
В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом
NREE: Виноградари всего мира бьют тревогу из-за изменения климата
NREE: Виноградари всего мира бьют тревогу из-за изменения климата

Новости компаний, релизы

НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
«Инструменты инновационного развития»
«Инструменты инновационного развития»
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса