p Um estudo publicado recentemente liderado por pesquisadores da Virginia Commonwealth University lança uma nova luz sobre como a água interage com o nanomaterial grafeno, um único, fina camada de átomos de carbono dispostos em uma estrutura de favo de mel hexagonal. p As descobertas dos pesquisadores podem ter implicações para uma variedade de aplicações, incluindo sensores, membranas de células de combustível, filtração de água, e materiais de eletrodo à base de grafeno em supercapacitores de alto desempenho.

p O estudo, "Solvent-Solvent Correlations across Graphene:The Effect of Image Charges, "foi publicado no jornal American Chemical Society ACS Nano e foi liderado por Neda Ojaghlou, Ph.D., que conduziu a pesquisa como aluno de doutorado no Departamento de Química da Faculdade de Ciências Humanas.

p O projeto abordou uma importante área de estudo para a medicina, indústria e ciência:compreender como os líquidos - principalmente a água - interagem com as superfícies. Essas interações são medidas de várias maneiras, mas, particularmente, monitorando a "molhagem, "inferida a partir da forma de uma gota em uma superfície. Se uma gota for plana, a superfície é considerada "hidrofílica, "como um copo molhado. Se a gota se assemelhar a uma esfera, é "hidrofóbico, "como uma gota em uma panela quente.

p “Uma superfície extremamente importante para estudar o umedecimento é uma folha de grafeno. O grafeno é um dos nanomateriais mais proeminentes, "Ojaghlou disse." É químico, propriedades elétricas e mecânicas são a base de uma ampla gama de aplicações, de telefones celulares à produção de raquetes de tênis, e de dispositivos eletrônicos à fabricação de automóveis. Umedecimento com grafeno também é importante em superfícies biológicas e no design de supercapacitores. "

p Neste estudo, os pesquisadores investigaram a propensão aumentada do grafeno para molhar se houver água do outro lado da folha. Eles usaram simulações de computador avançadas para estudar esse efeito em nível molecular.

p "Ao melhorar o modelo de grafeno, mostramos pela primeira vez como a condutividade do grafeno leva à transparência de umedecimento. Condutividade significa o deslocamento de cargas elétricas de átomos de carbono para responder à presença de momentos de dipolo elétrico na água. Essas flutuações elétricas nos átomos de carbono, que são extremamente difíceis de simular, modular a interação das moléculas de água nos dois lados da folha, "Ojaghlou disse." Em suma, levamos em consideração a condutividade do grafeno, e isso fornece uma explicação muito melhor do umedecimento do grafeno quando há água do outro lado. "

p Dusan Bratko, Ph.D., professor do Departamento de Química e autor do artigo, disse que as descobertas são uma descoberta importante.

p “Quando em contato com a água, o grafeno interfere nas ligações de hidrogênio entre as moléculas de água, substituindo-os com atração de dispersão mais fraca para átomos de carbono. Apesar disso, o grafeno puro é fracamente hidrofílico. Isso é parcialmente explicado pela condutividade do grafeno, que adiciona um mecanismo atraente interessante entre dipolos aquosos e cargas transitórias induzidas em átomos de carbono, "Bratko disse.

p "Um recurso até então desconhecido revelado pela abordagem computacional da equipe é a sinergia dos efeitos de indução quando a água está presente em ambos os lados de uma folha de grafeno, "disse ele." Nesta nova foto, o grafeno desempenha um papel ativo na comunicação entre as camadas de hidratação opostas. Como resultado, o grafeno é consideravelmente mais fácil de molhar de ambos os lados do que apenas de um lado. Isso é importante porque o primeiro cenário ocorre em muitas aplicações práticas. Os dois comportamentos distintos foram indicados em experimentos em água e podem ser esperados com outros líquidos ou soluções dipolares e iônicas. "

p Mahdi Shafiei, Ph.D., também ex-aluno de doutorado da VCU e autor do artigo, disse que as descobertas da equipe podem ser explicadas como mostrando como uma folha de grafeno "se comporta como um espelho para moléculas de água".

p “No nosso trabalho, explicamos as cargas de imagem na condução de grafeno pela primeira vez, "Shafiei disse." Nosso trabalho tem pelo menos dois impactos significativos:Ele lança luz sobre o comportamento das gotas de água no grafeno suportado pela água, e expandimos o conhecimento teórico sobre a condução de cargas de grafeno e imagens sobre eles. "