10:55 2024-04-13 science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu

_ Cercetătorii studiază efectele solvației și ale valenței ionice asupra metalopolimerilor

_ Cercetătorii studiază efectele solvației și valența ionică pe metalopolimeri

Într-o nouă lucrare publicată în JACS Au, cercetătorii de la Universitatea din Illinois Urbana-Champaign au analizat efectele solvației și valenței ionilor asupra metalopolimerilor, cu implicații pentru recuperarea și reciclarea materialelor critice și remedierea mediului.

Profesorul de inginerie chimică și biomoleculară (ChBE), Xiao Su, a condus cercetarea, care a explorat știința din spatele „preferințelor” de selectivitate ale anionilor monovalenți și bivalenți față de polimerii redox. Cu alte cuvinte, de ce – când electrozii sunt acoperiți cu pelicule de polimer redox și se aplică potențialul – un ion preferă polimerul redox, în timp ce altul nu.

„Ideea este simplă”, a spus Su. „Când aplicați potențialul, legați ionul și apoi doriți să aveți o suprafață care să vă ofere selectivitate față de ionul pe care îl doriți. Apoi, prin aplicarea potențialului opus, îl puteți regenera. , modalitatea ecologică de a face separări ionice nucleul acestui proces este înțelegerea de ce ionii preferă electrodul așa cum o fac ei.”

Echipa a emis ipoteza că solvatarea joacă un rol în determinarea selectivității. Lucrând cu Jim Browning, Hanyu Wang și Mat Doucet de la Laboratorul Național Oak Ridge, echipa a folosit reflectometria neutronică (NR) pentru a observa umflarea filmelor, precum și cantitatea și distribuția apei care intră în polimer atunci când a fost aplicat potențialul. În acest caz, au folosit două filme subțiri de metalopolimer redox-activ cu diferite caracteristici hidrofile/hidrofobe - poli(vinil ferocen) (PVFc) și poli(3-ferrocenilpropil metacrilamidă) (PFPMAm) - și au vizat separarea reniului de molibden. /p>

O secvență de etape de potențial de reducere/oxidare a fost aplicată filmelor PVFc și PFPMAm într-o soluție care conține reniu și o soluție comparabilă care conține molibden - suficient potențial aplicat pentru a reduce sau, respectiv, a oxida filmele. Ei au urmărit umflarea utilizând NR și elipsometrie spectroscopică (SE) și au folosit microbalanță electrochimică cu cristale de cuarț (EQCM) pentru a monitoriza modificarea masei nete la interfață. Colaboratorii de la Pacific Northwest National Laboratory, Manh Nguyen și Vanda Glezakou, au efectuat calcule ab initio de dinamică moleculară (AIMD), un instrument puternic care simulează fizica care are loc la electrod.

NR, SE și EQCM au fost folosite in situ, ceea ce a oferit cercetătorilor o oportunitate unică de a obține o imagine moleculară mai clară a comportamentelor decât oricând înainte.

„Neutronii au fost cheia pentru a urmări mișcarea apei în polimeri în condiții reale de lucru. ”, a spus Riccardo Candeago, Ph.D. ChBE. student care este primul autor al lucrării. „Folosind mai multe tehnici in situ, precum și simulări, am obținut o imagine completă a sistemului nostru.”

Analiza lor a arătat că filmele PVFc și PFPMAm se umflă ambele în prezența reniului, un anion monovalent, dar nu molibdenul, un anion divalent.

„Am descoperit că solvatarea într-adevăr joacă un rol: PVFc, polimerul mai hidrofob, preferă anionul cel mai puțin solvat – în acest caz reniu”, a spus Su. „Și anionii divalenți, atunci când intră, au tendința de a reticula electrostatic filmul, astfel încât să nu fie la fel de regenerabil. Practic, aceste filme sunt foarte bune la captarea acestor ioni cu o singură încărcare”.

Su a spus că descoperirile lor vor ghida dezvoltarea unor sisteme mai bune care implică separarea ionilor, cum ar fi reciclarea materialelor și recuperarea metalelor. De exemplu, renul este atât un metal valoros folosit ca catalizator, cât și un analog pentru tehnețiu, un element radioactiv care este greu de separat de deșeurile nucleare, ceea ce face ca captarea reniului să fie de mare importanță pentru reciclarea strategică a metalelor. Dar aceste metode avansate de caracterizare pot fi folosite și pentru clase mai largi de polimeri, nu doar metalopolimeri, ceea ce înseamnă sisteme mai bune pentru procese precum tratarea apei și remedierea mediului.

„Această înțelegere a fost posibilă numai prin utilizarea acestor instrumente și ne poate oferi o mulțime de informații”, a spus Su. „Așadar, atunci când proiectăm sisteme care pot capta ioni cu sarcini diferite, precum și ioni cu proprietăți de solvație diferite, ne poate ajuta să stabilim niște principii de proiectare. În general, este un studiu foarte fundamental, dar este unul care are aplicații practice de-a lungul linie.”

Lucrarea „Unraveling the Role of Solvation and Ion Valency on Redox-Mediated Electrosorbtion through In Situ Neutron Reflectometry and Ab Initio Molecular Dynamics” este disponibilă online.

(Fluierul)

Inapoi