Dirigido por el profesor Hyung-Joon Shin y sus investigadores del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de UNIST, el equipo presentó la innovadora "tecnología de control de iones únicos". Este enfoque de vanguardia permite la manipulación precisa de moléculas de agua individuales para extraer selectivamente iones específicos de la sal.

Los hallazgos del estudio fueron publicados en Nature Communications. el 16 de marzo de 2024.

Sal, compuesta por enlaces iónicos robustos entre cationes de sodio (Na ⁺ ) y aniones de cloro (Cl ^- ), sufre un proceso de transformación cuando se sumerge en agua. La interacción entre las polaridades positiva y negativa de las moléculas de agua altera el enlace entre los iones de sodio y cloro, lo que lleva a su separación y a la formación de agua salada.

Si bien el principio de disolución de la sal en agua puede parecer sencillo, estudios anteriores han explorado predominantemente este fenómeno de forma teórica. Sin embargo, la capacidad de confirmar experimentalmente qué iones se disuelven primero en agua y dilucidar el mecanismo por el cual las moléculas de agua debilitan los enlaces iónicos de la sal había sido difícil de alcanzar hasta ahora. El profesor Shin comentó:"El desafío residía en la intrincada naturaleza de estudiar y controlar iones individuales en medio del movimiento dinámico de los iones disueltos dentro del agua".

En un experimento meticulosamente controlado realizado en condiciones criogénicas y de vacío ultraalto a –268,8°C, el equipo de investigación colocó una molécula de agua sobre una fina membrana de sal que constaba de dos o tres capas atómicas. Empleando un microscopio de efecto túnel (STM) capaz de realizar mediciones a escala atómica, el equipo observó un cambio mínimo en la altura de 10 picómetros (pm) a medida que las moléculas de agua se desplazaban horizontalmente a través de la membrana de sal. Esta observación se atribuyó a la fuerte interacción entre los aniones de cloro y las moléculas de agua.

Al mover estratégicamente moléculas de agua a lo largo de la película de sal con diferentes espesores atómicos, los investigadores indujeron con éxito la desaparición de un anión de cloro de su camino. La polaridad de las moléculas de agua jugó un papel fundamental en la ruptura del enlace iónico de la sal, lo que provocó que el anión cloro emergiera antes que el catión sodio.

El equipo destacó además que la tasa de polarización de los aniones de cloro, que son 20 veces más pronunciadas que los cationes de sodio, los hace muy sensibles a los cambios eléctricos externos inducidos por las moléculas de agua. Esta mayor capacidad de respuesta fue particularmente evidente en regiones donde los átomos carecían de enlaces suficientes con el entorno circundante.

Huijun Han (Programa combinado de maestría y doctorado en ciencia e ingeniería de materiales, UNIST), autor principal del artículo, afirmó:"Si bien la comprensión teórica de la fusión de la sal en agua se ha establecido desde hace mucho tiempo, nuestro éxito en la extracción de iones individuales a través de El control preciso de las moléculas de agua marca un avance experimental significativo."

"Los iones desempeñan un papel fundamental a la hora de alterar el rendimiento de las baterías y los materiales semiconductores", destacó el profesor Shin. "Prevemos aprovechar la tecnología de control de iones únicos para avanzar en tecnologías fundamentales relacionadas con las funcionalidades de iones".