Från protonbytesmembran i bränsleceller till jonkanaler i biologiska membran, den väl specificerade kontrollen av joniska interaktioner i begränsade geometrier påverkar djupt transporten och selektiviteten hos porösa material.

En ny studie av Center of Nanoscale Materials -användare från University of Chicago, arbetar med CNM EMMD Group, beskriver ett mångsidigt nytt tillvägagångssätt för att kontrollera ett membrans elektrostatiska interaktioner med joner genom att deponera ligandbelagda nanopartiklar runt poringångarna. Utnyttja flexibiliteten och kontrollen genom vilken ligerade nanopartiklar kan syntetiseras, ligandterminala grupper såsom metyl, karboxyl och amin kan användas för att justera membranladdningstätheten och kontrollera jontransport. Ytterligare funktionalitet, utnyttja liganderna som bindningsställen, visas för sulfonatgrupper vilket resulterar i en ökning av membranladdningstätheten. Resultaten utökas till mindre dimensioner genom att systematiskt variera den underliggande pordiametern.

Som helhet, dessa resultat beskriver en tidigare outforskad metod för nanopartikelfunktionalisering av membran med hjälp av ligerade nanopartiklar för att kontrollera jontransport. Även om denna studie fokuserar på introduktionen av avgiftsbaserade interaktioner, slutligen belyser resultaten en allmän väg mot membranfunktionalisering som använder ligerade nanopartiklar som byggstenar, funktionaliserad a-priori genom ett lämpligt val av inkapslande ligand.

Detta arbete öppnar upp spännande möjligheter för ett antal funktionaliserade komponenter som har adsorberats kemiskt på nanopartiklars ytor, och för första gången, beskriver ett sätt att leverera denna funktionalitet till porösa substrat. Ett sådant tillvägagångssätt kan ha en omedelbar inverkan på ett stort antal membranbaserade system, inklusive de av biologiskt och biomimetiskt ursprung, i såväl grundläggande vetenskapliga studier som tillämpad teknik.