Att förstå och kontrollera jontransport i porösa material och vid hydrofoba gränssnitt är avgörande för en mängd olika energi- och miljötekniker, allt från jonselektiva membran, läkemedelstillförsel och biosensing till jonbatterier och superkondensatorer.

Dock, en detaljerad förståelse av transport i nanoskala är fortfarande i sin linda. Till exempel, nanoskalatransport har ofta beskrivits av förenklade kontinuummodeller som förlitar sig på en punktladdningsbeskrivning för joner och ett homogent dielektriskt medium för lösningsmedlet, som inte skiljer joner med samma valens.

I en nyligen genomförd studie, Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) forskare, i samarbete med University of California, Irvine (UCI), visade att jontransport nära ett hydrofobt gränssnitt inte bara beror på pålagd spänning, men på typen av jon. Teamet fann att jonströmmar genom enkla kiselnitrid-nanoporer som innehåller en hydrofob-hydrofil förbindelse kan vara mycket beroende av storleken och hydratiseringsstyrkan hos de solvatiserade jonerna.

"Våra molekylära dynamiksimuleringar visade att de stora anjonerna, som brom och jod, är benägna att migrera från vattenlösningen till gränssnittet, leder till anjonackumulering som är ansvarig för porvätning och förstärkta jonströmmar, sa Fikret Aydin, en postdoc i Quantum Simulations Group i LLNL:s materialvetenskapsavdelning, och en teoriledare för en artikel som förekommer i ACS Nano .

Zuzanna Siwy, en UCI-professor vid institutionen för fysik och astronomi och en medförfattare till artikeln, sade att studien är av stort intresse för att förbereda jonkänsliga system baserade på hydrofoba porer. "Man kan också tänka sig att det borde vara möjligt att förbereda ett ventilliknande membran, som blir öppen för jonisk och molekylär transport när en tröskelspänning eller/och grindjon tillsätts, " Hon sa.

Anh Pham, en LLNL-materialforskare i Quantum Simulations Group och en medförfattare till artikeln tillade:"Fynden ger en grundläggande förståelse för rollen av jonhydratisering på egenskaperna hos gränssnitt mellan fasta och vätskor, vilket är viktigt för att designa nanoporösa system som är selektiva för joner med samma laddning, såväl som för realisering av jon-inducerad vätning i hydrofoba porer."