Óleo e água não se misturam. A interface entre os dois líquidos é um bloco de construção do processo industrial mais amplamente usado para purificar produtos químicos na produção de energia (da energia nuclear aos biocombustíveis) e armazenamento (baterias). Uma descoberta recente pode desbloquear mecanismos que transportam moléculas através da fronteira entre óleo e água. Simulações e análises revelam uma estrutura altamente diversa e dinâmica na interface. Na verdade, as cristas de minúsculas ondas de água na fase de óleo fazem com que a água se comporte como se fosse um gás - potencialmente facilitando o transporte de produtos químicos da água para o óleo.

Extrair um produto químico da água e movê-lo para um óleo (extração por solvente) é uma tecnologia madura. Contudo, a extração por solvente não teve grande avanço em muitas décadas. As moléculas na interface são os guardiões. Saber como essas moléculas se organizam e se movem é o primeiro passo para projetar interfaces que controlam com precisão o transporte e a reatividade. Este trabalho é análogo às tecnologias de interface sólido:líquido sob medida que revolucionaram as aplicações em catálise. As interfaces sólido:líquido também mudaram a síntese e a ciência dos materiais.

Décadas de pesquisa mostraram empiricamente as condições ideais para uma variedade de aplicações de separações, fazendo uso de combinações específicas de solventes, moléculas de extratores químicos, e pH para um processo bem sucedido. No entanto, o papel essencial da interface permaneceu indescritível, em parte porque até mesmo simulações de dinâmica molecular avançada se concentraram em seu comportamento médio. Novas abordagens de análise de dados de dados de simulação (desenvolvidas na Washington State University e executadas no Oak Ridge Leadership Computing Facility) quantificaram a heterogeneidade das cristas e vales das ondas capilares de superfície, revelando diferenças extremas de comportamento dos solventes enquanto eles navegam no onda no tempo. As cristas das ondas são caracterizadas por saliências onde a água se comporta como se fosse um vapor (menos ligações de hidrogênio, dinâmica de rotação da água mais lenta) - uma característica que aumenta na presença de solutos e pode explicar a extração de água para a fase orgânica, um comportamento bem observado em muitas condições.