Une nouvelle étude menée par des chercheurs de l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign fait progresser les connaissances fondamentales sur le rôle de la solvatation dans la liaison des ions et présente une nouvelle voie pour contrôler électrochimiquement la sélectivité des ions. L’étude a été publiée dans JACS Au.
L’équipe, dirigée par Xiao Su, professeur de génie chimique et biomoléculaire et récemment diplômé d’un doctorat. L’étudiant Raylin Chen s’appuie sur ses travaux antérieurs explorant les séparations électrochimiques des ions, qui ont révélé qu’un mécanisme critique pour la liaison des ions est la solvatation.
Ici, les chercheurs ont entrepris de contrôler la solvatation d’un polymère et de l’utiliser pour lier différents ions, et as well as particulièrement by using un processus électrochimique grâce à une approche distinctive. Pour ce faire, ils ont créé un système copolymère contenant du N-isopropylacrylamide (NIPAM) – dont il a déjà été démontré qu’il était un matériau practical à la température – et y ont introduit des unités actives redox. Étant donné que le copolymère comporte deux unités – une qui est électroactive et une qui est l’unité thermosensible d’origine – il existe désormais deux voies disponibles pour contrôler la solvatation.
« En ajustant le potentiel, nous forçons essentiellement le NIPAM à prendre de l’eau ou à en libérer sur la base de l’électrochimie », a déclaré Su. « Donc, au lieu de faire une changeover thermique sur NIPAM, nous effectuons une transition électrochimique sur NIPAM. »
Le copolymère a produit des films de gel qui sont devenus leur plate-forme pour les séparations d’ions contrôlées par solvatation. Les chercheurs ont pu effectuer des exams en utilisant l’ellipsométrie in situ, une méthode qu’ils ont créée qui leur permet d’observer l’épaisseur du movie gonfler et dégonfler en réponse à l’ajout ou à la libération d’eau basée sur l’électrochimie. En collaboration avec une équipe du Laboratoire countrywide d’Oak Ridge dirigée par Jim Browning, Hanyu Wang et Mat Doucet, ils ont utilisé une method avancée appelée réflectométrie neutronique (NR).
« Fondamentalement, les neutrons vous permettent de voir des choses que vous ne pouvez normalement pas voir en utilisant des procedures typical comme les rayons X », a expliqué Su. « Les neutrons sont très sensibles à l’eau, ils peuvent donc vous indiquer la quantité d’eau contenue dans un matériau. »
NR leur a permis de voir la solvatation, ou la quantité d’eau distribuée à travers le film, et a montré que, sous réserve de potentiel, le movie gonfle et absorbe de l’eau. Su a déclaré que les chercheurs ont pu démontrer qu’avec différents degrés d’absorption d’eau, ils pouvaient contrôler la sélectivité des ions.
Parce que leurs travaux offrent un système qui peut être activé à la fois par la température et par le potentiel électrochimique, ils préparent le terrain pour une plateforme de matériaux qui pourra être utilisée à l’avenir dans différents scénarios durables – par exemple, alimentée par des énergies renouvelables ou par la chaleur résiduelle..
« Nos travaux font progresser le domaine des séparations électrochimiques pour le traitement de l’eau et la récupération des ressources en fournissant une compréhension plus approfondie des mécanismes moléculaires », a déclaré Su. « Pour développer des technologies additionally économes en énergie et additionally sélectives, il est important d’exercer un contrôle furthermore précis sur les mécanismes de liaison des ions. Nous espérons que nos travaux contribueront à cet objectif en élucidant l’importance de la solvatation. »
Ce travail est soutenu par le prix DESC0021409 du Département américain de l’énergie. Chen, Wang, Doucet et Browning sont co-auteurs de l’étude.
