Un estudio recientemente publicado dirigido por investigadores de la Virginia Commonwealth University arroja nueva luz sobre cómo el agua interactúa con el nanomaterial grafeno. un solo, fina capa de átomos de carbono dispuestos en una celosía hexagonal en forma de panal.

Los hallazgos de los investigadores podrían tener implicaciones para una variedad de aplicaciones, incluyendo sensores, membranas de pilas de combustible, filtración de agua, y materiales de electrodos a base de grafeno en supercondensadores de alto rendimiento.

El estudio, "Correlaciones solvente-solvente a través del grafeno:el efecto de las cargas de imagen, "fue publicado en la revista American Chemical Society ACS Nano y fue dirigido por Neda Ojaghlou, Doctor., quien realizó la investigación como estudiante de doctorado en el Departamento de Química de la Facultad de Humanidades y Ciencias.

El proyecto abordó un área de estudio importante para la medicina, industria y ciencia:comprender cómo los líquidos, principalmente el agua, interactúan con las superficies. Estas interacciones se miden de varias formas, pero en particular mediante el seguimiento de "mojar, "inferido de la forma de una gota en una superficie. Si una gota es plana, la superficie se considera "hidrofílica, "como un vaso húmedo. Si la gota se parece a una esfera, es "hidrofóbico, "como una gota en una sartén caliente.

"Una superficie extremadamente importante para estudiar la humectación es una hoja de grafeno. El grafeno es uno de los nanomateriales más destacados, "Ojaghlou dijo." Es químico, Las propiedades eléctricas y mecánicas son la base de una amplia gama de aplicaciones, desde teléfonos móviles hasta la producción de raquetas de tenis, y desde dispositivos electrónicos hasta la fabricación de automóviles. La humectación con grafeno también es importante en las superficies biológicas y en el diseño de supercondensadores ".

En este estudio, los investigadores investigaron la propensión mejorada del grafeno a mojarse si hay agua en el otro lado de la hoja. Utilizaron simulaciones informáticas avanzadas para estudiar este efecto a nivel molecular.

"Al mejorar el modelo de grafeno, hemos demostrado por primera vez cómo la conductividad del grafeno conduce a la transparencia humectante. La conductividad significa el desplazamiento de cargas eléctricas de átomos de carbono para responder a la presencia de momentos dipolares eléctricos de agua. Estas fluctuaciones eléctricas en los átomos de carbono, que son extremadamente difíciles de simular, modular la interacción de las moléculas de agua en los dos lados de la hoja, "Ojaghlou dijo." En resumen, hemos tenido en cuenta la conductividad del grafeno, y eso proporciona una explicación mucho mejor de la humectación del grafeno cuando hay agua en el otro lado ".

Dusan Bratko, Doctor., profesor del Departamento de Química y autor del artículo, dijo que los hallazgos son un descubrimiento importante.

"Cuando entra en contacto con el agua, el grafeno interfiere con los enlaces de hidrógeno entre las moléculas de agua, reemplazándolos con una atracción de dispersión más débil a los átomos de carbono. Sin embargo, el grafeno puro es débilmente hidrófilo. Esto se explica en parte por la conductividad del grafeno, que agrega un interesante mecanismo atractivo entre dipolos acuosos y cargas transitorias inducidas en átomos de carbono, "Dijo Bratko.

"Una característica previamente desconocida revelada por el enfoque computacional del equipo es la sinergia de los efectos de inducción cuando el agua está presente en ambos lados de una hoja de grafeno, ", dijo." En esta nueva imagen, el grafeno juega un papel activo en la comunicación entre las capas de hidratación opuestas. Como resultado, el grafeno es considerablemente más fácil de mojar por ambos lados que por un solo lado. Esto es importante ya que el primer escenario se da en muchas aplicaciones prácticas. Los dos comportamientos distintos se han indicado en experimentos en agua y se pueden esperar con otros líquidos o soluciones dipolares e iónicos ".

Mahdi Shafiei, Doctor., también ex estudiante de doctorado en VCU y autor del artículo, dijo que los hallazgos del equipo podrían explicarse mostrando cómo una hoja de grafeno "se comporta como un espejo para las moléculas de agua".

"En nuestro trabajo, explicamos las cargas de la imagen al conducir grafeno por primera vez, ", Dijo Shafiei." Nuestro trabajo tiene al menos dos impactos significativos:arroja luz sobre el comportamiento de las gotas de agua sobre el grafeno soportado por agua, y ampliamos el conocimiento teórico sobre la conducción de grafeno y cargas de imagen sobre ellos ".