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

Ледяной щит Гренландии разваливается: что это значит для планеты
Ледяной щит Гренландии разваливается: что это значит для планеты

Гренландский ледяной щит, второй по велич...

К 2100 году уровень моря может подняться более чем на 1,9 метра
К 2100 году уровень моря может подняться более чем на 1,9 метра

По мере усиления глобального климатического кр...

Великобритания запускает схему возврата депозитов за пластиковую тару
Великобритания запускает схему возврата депозитов за пластиковую тару

Правительство Великобритании пообещало покончи...

В СПбГУ создали эффективный метод очистки биодизеля от глицерина
В СПбГУ создали эффективный метод очистки биодизеля от глицерина

Ученые из Санкт-Петербургского университе...

Для спасения среды от пластика предложили принцип «пятерной спирали»
Для спасения среды от пластика предложили принцип «пятерной спирали»

Загрязнение микропластиком разнообразно по&nbs...

Weed Science: Внедрение мельниц поможет эффективнее бороться с сорняками
Weed Science: Внедрение мельниц поможет эффективнее бороться с сорняками

Недавние исследования показывают перспективнос...

В Корее предложили новый метод исследования нейротоксичности из-за ПФОС
В Корее предложили новый метод исследования нейротоксичности из-за ПФОС

Термин омика означает изучение всей совокупнос...

В СПбГУ создали фотокатализатор для очистки воды от органики
В СПбГУ создали фотокатализатор для очистки воды от органики

Ученые из Санкт-Петербурга создали новое ...

Nature Climate Change: Арктические торосы под угрозой исчезновения
Nature Climate Change: Арктические торосы под угрозой исчезновения

В Арктике старые многолетние льды все бол...

Электронные отходы: новая золотая жила или экологическая бомба?
Электронные отходы: новая золотая жила или экологическая бомба?

Постоянно растущие объемы электронных отходов ...

6 инноваций, меняющих подход к изучению океанов
6 инноваций, меняющих подход к изучению океанов

Волна инновационных океанографических технолог...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

От лаборатории к реальности: как кристаллы времени заряжают мир
От лаборатории к реальности: как кристаллы времени заряжают мир
Ферменты против похмелья: как новый сенсор изменит медицину и не только
Ферменты против похмелья: как новый сенсор изменит медицину и не только
Сок под микроскопом: ученые научились ловить опасный гербицид за 20 минут
Сок под микроскопом: ученые научились ловить опасный гербицид за 20 минут
Молодые ученые против COVID-19 и хронических ран: как открытия изменят медицину
Молодые ученые против COVID-19 и хронических ран: как открытия изменят медицину
От Nokia к микросхемам: как Тампере снова сделает Финляндию великой
От Nokia к микросхемам: как Тампере снова сделает Финляндию великой
Энергия будущего: низкотемпературная плазма и ее невероятные возможности
Энергия будущего: низкотемпературная плазма и ее невероятные возможности
Питомниковый кашель больше не проблема: появились быстрые тесты для собак
Питомниковый кашель больше не проблема: появились быстрые тесты для собак
10 секунд до чистоты: история устройства, которое изменило дезинфекцию
10 секунд до чистоты: история устройства, которое изменило дезинфекцию
Сорняк-разрушитель или лекарство будущего: ученые открыли секрет рейнутрии
Сорняк-разрушитель или лекарство будущего: ученые открыли секрет рейнутрии
CARMA II — автономный робот, который делает ядерные объекты безопаснее
CARMA II — автономный робот, который делает ядерные объекты безопаснее
От идеи до Росатома: история успеха проекта RSP
От идеи до Росатома: история успеха проекта RSP
Витамины для коров и быки весом в тонну: прорыв от СПбГУВМ
Витамины для коров и быки весом в тонну: прорыв от СПбГУВМ
Ибогаин 2.0: ученые создают новое поколение лекарств от депрессии и зависимости
Ибогаин 2.0: ученые создают новое поколение лекарств от депрессии и зависимости
Ученые выяснили, что больше влияет на цену на жилье — вид из окна или площадь
Ученые выяснили, что больше влияет на цену на жилье — вид из окна или площадь
Небо в опасности: космический мусор угрожает авиации
Небо в опасности: космический мусор угрожает авиации

Новости компаний, релизы

Школьников и студентов Хабаровского края приглашают написать всероссийский диктант «Наука во имя Победы»
Три представительницы Республики Татарстан стали победителями Всероссийского конкурса Знание.Лектор
Калужан приглашают к участию в XIII сезоне Международного инженерного чемпионата CASE-IN
В Калуге обсудили меры поддержки молодых учёных региона
Молодых и заслуженных ученых наградили в Хабаровске