Raffinering av platina, plutonium, eller vissa andra metaller beror ofta på hur metallen beter sig vid vätskegränssnitt. Utmaningen? Forskare har begränsade sätt att analysera detaljerna i vätskegränssnitt. Nu, forskare beskrev i betydande detalj hur vattenmolekyler omger en platinabaserad jon. Deras beskrivning inkluderar en oväntat komplex struktur som bildas på vätskans yta. Teamet märkte inte mindre än tre olika former av vatten som lindades runt jonen. Den komplexa vattenstrukturen är oväntad och den skapar ovanliga beteenden jämfört med de som observeras kring mindre och lättare joner under liknande förhållanden.

Raffinering av platina och andra ädelmetaller innebär att den önskade metallen flyttas från en vätska till en annan. Men lite är känt om hur den överföringen fungerar på molekylär skala. Detta arbete hjälper till att förklara hur platina och andra tungmetaller rör sig och reagerar över vätskor.

Lösningsmedelsextraktion, go-to-tekniken för upparbetning av kärnavfall eller raffinering av sällsynta jordartsmetaller och ädla metaller, involverar preferentiell överföring av en riktad kemisk art mellan två oblandbara faser genom ett vätske-vätskegränssnitt. Relativt lite information i molekylär skala är känd om mekanismen eller mekanismerna för denna överföring över ett gränssnitt. Varför? Till stor del, kunskapsgapet beror på att de flesta experimentella sonder inte kan förhöra vätskegränssnitt direkt. Även de bästa ytkänsliga sonderna är endast känsliga för begränsade komponenter i gränssnittsstrukturen.

För att ge en beskrivning i molekylär skala av tunga, anjoniska komplex, såsom PtCl62-, med positivt laddade extraktionsmolekyler vid luft/vatten-gränsytan, forskare kombinerade synkrotronröntgenexperiment, ytkänslig summafrekvensgenerering (SFG) spektroskopi, och simuleringar av molekylär dynamik. Röntgen som tillhandahålls av Advanced Photon Source undersökte strukturella egenskaper hos ytbelägna metalljoner. En kombination av spridnings- och fluorescensmätningar avslöjade en tvåstegsadsorptionsprocess som beror på metallkoncentrationen i lösningen. SFG-spektroskopi avslöjade en unik vattenstruktur relaterad till denna adsorption. En ny underensembleanalys av simuleringar av molekylär dynamik klargjorde ytterligare detaljer i gränsytans vattenstruktur som härrör från de starkt hydratiserade anjoniska komplexen. Forskningen visade att efter adsorption, PtCl ₆ ^2- komplexen bibehåller delvis sina första och andra hydratiseringssfärer. Det är möjligt att identifiera tre typer av vattenmolekyler runt jonerna, differentierade genom deras orientering och vätebindningsmotiv. Resultaten har stora implikationer för prediktiv modellering av laddade joner vid luft/vatten-gränssnitt.