p Pela primeira vez, Os pesquisadores do Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) demonstraram que nanotubos de carbono tão pequenos quanto oito décimos de nanômetro de diâmetro podem transportar prótons mais rápido do que a água em massa, por uma ordem de magnitude. p A pesquisa valida um mecanismo de transporte de prótons de 200 anos.

p Um nanômetro é um bilionésimo de um metro. Por comparação, o diâmetro de um cabelo humano é 20, 000 nanômetros.

p As taxas de transporte nesses poros de nanotubos, que formam fios de água unidimensionais, também excedem os canais biológicos e condutores de prótons feitos pelo homem, tornando os nanotubos de carbono o condutor de prótons mais rápido conhecido. A pesquisa aparece na edição online avançada de 4 de abril da revista. Nature Nanotechnology .

p As aplicações práticas incluem membranas de troca de prótons, sinalização baseada em prótons em sistemas biológicos e o campo emergente da bioeletrônica de prótons (protônica).

p "O legal sobre nossos resultados é que descobrimos que, quando você espreme água no nanotubo, prótons se movem através dessa água ainda mais rápido do que através da água normal (em massa), "disse Aleksandr Noy, um biofísico LLNL e um dos principais autores do artigo. (O volume de água é semelhante ao que você encontraria em um copo d'água muito maior do que o tamanho de uma única molécula de água).

p A ideia de que os prótons viajam rapidamente em soluções pulando ao longo de cadeias de moléculas de água ligadas por hidrogênio remonta 200 anos ao trabalho de Theodore von Grotthuss e ainda permanece a base da compreensão científica do transporte de prótons. Na nova pesquisa, Os pesquisadores do LLNL usaram poros de nanotubos de carbono para alinhar moléculas de água em cadeias unidimensionais perfeitas e mostraram que elas permitem que as taxas de transporte de prótons se aproximem dos limites finais para o mecanismo de transporte de Grotthuss.

p "A possibilidade de alcançar o transporte rápido de prótons alterando o grau de confinamento da água é emocionante, "Noy disse." Até agora, os condutores de prótons feitos pelo homem, como o polímero Nafion, use um princípio diferente para melhorar o transporte de prótons. Nós imitamos a forma como os sistemas biológicos aumentam o transporte de prótons, levou isso ao extremo, e agora nosso sistema atinge o limite máximo da condutividade do próton em um nanoporo. "

p De todos os materiais feitos pelo homem, os estreitos poros internos hidrofóbicos dos nanotubos de carbono (CNT) prometem entregar o nível de confinamento e as interações fracas com as moléculas de água que facilitam a formação de cadeias de água unidimensionais ligadas por hidrogênio que aumentam o transporte de prótons.

p Simulações de dinâmica molecular anteriores mostraram que a água em nanotubos de carbono de 0,8 nm de diâmetro criariam tais fios de água e previram que esses canais exibiriam taxas de transporte de prótons que seriam muito mais rápidas do que as da água em massa. Ramya Tunuguntla, um pesquisador de pós-doutorado LLNL e o primeiro autor do artigo, disse que, apesar dos esforços significativos em estudos de transporte de nanotubos de carbono, essas previsões provaram ser difíceis de validar, principalmente por causa das dificuldades na criação de poros de CNT de diâmetro abaixo de 1 nm.

p Contudo, a equipe de Lawrence Livermore, juntamente com colegas do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley e UC Berkeley, foi capaz de criar um sistema experimental simples e versátil para estudar o transporte em poros CNT ultra-estreitos. Eles usaram porinas de nanotubos de carbono (CNTPs), uma tecnologia que desenvolveram anteriormente no LLNL, que usa nanotubos de carbono incorporados na membrana lipídica para imitar a funcionalidade do canal iônico biológico. O principal avanço foi a criação de porinas de nanotubos com diâmetro inferior a 1 nm, o que permitiu aos pesquisadores, pela primeira vez, alcançar o verdadeiro confinamento unidimensional da água.