p Tentando determinar como íons carregados negativamente se espremem através de um nanotubo de carbono 20, 000 vezes menor que um cabelo humano não é tarefa fácil. p Não apenas os cientistas do Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) fizeram isso, mas descobriram que esses íons são inesperadamente exigentes, dependendo do ânion (um íon com carga negativa). A pesquisa aparece em ACS Nano .

p Poros internos de nanotubos de carbono combinam transporte de água extremamente rápido e seletividade de íons que podem ser potencialmente úteis para aplicações de dessalinização e separação de água de alto desempenho. Determinar quais ânions são permeáveis ​​ao poro do nanotubo pode ser crítico para muitos processos de separação, incluindo dessalinização, que transforma a água do mar em água doce, removendo os íons de sal.

p "Ver a seletividade diferencial para diversos ânions é importante devido à necessidade de projetar membranas muito seletivas que possam separar esses íons, "disse o cientista LLNL Alex Noy, autor principal do artigo. "Um bom exemplo poderia ser as separações químicas em que você sempre precisa remover certas espécies seletivamente."

p Os ânions de valência única (monovalentes) são notoriamente difíceis de separar, pois são semelhantes em tamanho e não são quimicamente reativos.

p “A observação dessa forte seletividade diferencial é baseada em um mecanismo exclusivo dos poros em escala nanométrica e, portanto, poderia abrir a possibilidade de projetar membranas com seletividade para os outros tipos de espécies químicas, "disse Zhongwu Li, o primeiro autor do artigo. "Isso poderia abrir caminho para uma nova geração de membranas de separação química precisa."

p A equipe usou ensaios de fluorescência e espectrometria de fluxo interrompido para determinar a permeabilidade de quatro ânions monovalentes (cloreto, brometo, iodeto e tiocinato) por meio de porinas de nanotubos de carbono (CNTPs) estreitas com 0,8 nanômetro de diâmetro. As medições revelaram seletividade de íons diferencial inesperadamente forte com permeabilidades de íons diferentes variando em até 2 ordens de magnitude.

p A equipe, então, aplicou simulações de dinâmica molecular de primeiros princípios que revelaram que a origem desta seletividade de íon diferencial forte é a desidratação parcial de ânions após a entrada nos canais estreitos de CNTP.

p "Em geral, um íon com menor energia de hidratação permeia mais prontamente em comparação com um íon com maior hidratação, "disse Tuan Anh Pham, um cientista LLNL e um co-autor do estudo, que dirigiu a parte de modelagem desta pesquisa. "Esses resultados fornecem informações adicionais sobre o mecanismo de seletividade de íons nesses poros e também apontam para os fatores que os pesquisadores precisam levar em conta ao projetar canais e membranas seletivas de íons artificiais."

p Trabalhos futuros investigarão barreiras de energia de ativação para outros tipos de íons que entram nos CNTPs.