La forma en que los iones se adhieren a las superficies influye en gran medida en los procesos vitales en todo, desde purificadores de agua hasta baterías. Por décadas, Los científicos han debatido la mecánica de tal vinculación, o adsorción. Ciertos iones en el agua no se adsorbieron en una superficie como se predijo. Ahora, los científicos saben por qué. Al estudiar una superficie de grafeno sumergida en agua, Los científicos demostraron que una interacción entre el grafeno y un ión impulsa la adsorción, a diferencia del caso de la interfaz aire / agua.

Cuando se trata de adsorción de iones, hay sutiles pero importante, diferencias a escala molecular. Por lo tanto, los científicos deben considerar estas diferencias cuando trabajan con iones y superficies en el agua. Estas interacciones están presentes en todo, desde la construcción de la batería hasta la señalización nerviosa y la formación de nubes.

En muchas áreas de la ciencia y la tecnología, la adsorción de iones a interfaces acuosas juega un papel clave. Por mucho tiempo, Los textos de química y física han afirmado que todos los iones son repelidos de las interfaces entre el agua y un material hidrófobo. Sin embargo, nuevos experimentos y simulaciones por computadora han demostrado que ciertos iones, conocidos como iones caotrópicos, no sigas ese patrón. Los investigadores investigaron por qué esos iones se adsorben de manera diferente.

Examinaron los iones de tiocianato adheridos a una hoja de grafeno (una fina superficie de carbono no cargado) sumergido en agua. Usando mediciones de la generación del segundo armónico ultravioleta profundo del ion, junto con las simulaciones informáticas asociadas, el equipo determinó la energía libre de adsorción de iones. Si bien la energía libre involucrada en la adsorción del ión a la interfaz grafeno / agua es casi idéntica al valor correspondiente para una interfaz aire / agua, la investigación muestra que los mecanismos involucrados son totalmente diferentes.

Mientras que la adsorción en la interfaz aire / agua está dominada por el reparto de disolventes, en el que las moléculas de agua cambian de posición y orientación cerca del ion, Las interacciones directas del ión con el grafeno dominan en el caso de las interfaces grafeno / agua.