p Os materiais bidimensionais foram montados com sucesso em dispositivos com os menores orifícios feitos pelo homem para a dessalinização de água. p Pesquisadores do National Graphene Institute (NGI) da University of Manchester conseguiram fabricar pequenas fendas em uma nova membrana com apenas vários angstroms (0,1 nm) de tamanho. Isso permitiu o estudo de como vários íons passam por esses minúsculos orifícios.

p As fendas são feitas de grafeno, nitreto de boro hexagonal (hBN) e dissulfeto de molibdênio (MoS2) e, surpreendentemente, permitir que íons com diâmetros maiores que o tamanho da fenda permeiem. Os estudos de exclusão por tamanho permitem um melhor entendimento de como funcionam os filtros biológicos de escala semelhante, como as aquaporinas, e assim ajudarão no desenvolvimento de filtros de alto fluxo para dessalinização de água e tecnologias relacionadas.

p Para cientistas interessados ​​no comportamento dos fluidos e sua filtração, tem sido um objetivo final, mas aparentemente distante, fabricar capilares controladamente com dimensões próximas do tamanho de pequenos íons e moléculas individuais de água.

p Os pesquisadores têm tentado imitar os sistemas de transporte de íons que ocorrem naturalmente, mas esta não é uma tarefa fácil. Canais fabricados com técnicas padrão e materiais convencionais infelizmente foram limitados em tamanho pela aspereza intrínseca da superfície de um material, que geralmente é pelo menos dez vezes maior que o diâmetro hidratado de pequenos íons.

p No início deste ano, as membranas à base de óxido de grafeno desenvolvidas no NGI atraíram considerável atenção como candidatas promissoras para novas tecnologias de filtração. Esta pesquisa utilizando o novo kit de ferramentas de materiais 2-D demonstra o potencial do mundo real de fornecer água potável a partir de água salgada.

p Para entender melhor os mecanismos fundamentais por trás do transporte de íons, uma equipe liderada por Sir Andre Geim, da Universidade de Manchester, fez fendas atomicamente planas medindo apenas vários angstroms de tamanho. Esses canais são quimicamente inertes com paredes lisas na escala de angstrom.

p Os pesquisadores fizeram seus dispositivos de fenda a partir de duas placas de cristal de grafite de 100 nm de espessura medindo vários mícrons de diâmetro que eles obtiveram ao raspar cristais de grafite em massa. Eles então colocaram pedaços retangulares de cristais atômicos 2-D de grafeno de dupla camada e monocamada de MoS2 em cada borda de uma das placas de cristal de grafite antes de colocar outra placa em cima da primeira. Isso produz um vão entre as lajes que tem uma altura igual à espessura dos espaçadores.

p "É como pegar um livro, colocar dois palitos de fósforo em cada uma de suas bordas e, em seguida, colocar outro livro em cima. "explica Geim." Isso cria um espaço entre as superfícies dos livros com a altura da lacuna sendo igual à espessura dos fósforos. No nosso caso, os livros são os cristais de grafite atomicamente planos e os palitos de fósforo são o grafeno, ou monocamadas MoS2. "

p A montagem é mantida unida pelas forças de van der Waals e as fendas são aproximadamente do mesmo tamanho que o diâmetro das aquaporinas, que são vitais para os organismos vivos. As fendas têm o menor tamanho possível, pois as fendas com espaçadores mais finos são instáveis ​​e colapsam devido à atração entre paredes opostas.

p Os íons fluem através das fendas se uma voltagem é aplicada através delas quando estão imersas em uma solução iônica, e este fluxo de íons constitui uma corrente elétrica. A equipe mediu a condutividade iônica conforme eles passavam pelas soluções de cloreto através das fendas e descobriram que os íons podiam se mover através delas como esperado sob um campo elétrico aplicado.

p "Quando olhamos com mais cuidado, descobrimos que os íons maiores se moviam mais lentamente do que os menores, como o cloreto de potássio ", explica o Dr. Gopi Kalon, um pesquisador de pós-doutorado que liderou o esforço experimental.

p Dr. Ali Esfandiar, quem é o primeiro autor do artigo, acrescenta "O ponto de vista clássico é que os íons com um diâmetro maior do que o tamanho da fenda não podem permear, mas nossos resultados mostram que essa explicação é muito simplista. Os íons, na verdade, se comportam como bolas de tênis macias, em vez de bolas de bilhar duras, e os íons grandes ainda podem passar - seja distorcendo suas conchas de água ou talvez os derramando completamente.

p A nova pesquisa publicada em Ciência , mostra que esses mecanismos recentemente observados desempenham um papel fundamental para a dessalinização usando a exclusão de tamanho e é uma etapa fundamental para a criação de membranas de dessalinização de água de alto fluxo.