Structure d'une solution de chlorure de lithium confinée dans un nanotube de carbone de 1,1 nanomètre de diamètre obtenue à partir de simulations de dynamique moléculaire de principes premiers. Image de Viktor Rozsa/Université de Chicago. Crédit :Lawrence Livermore National Laboratory
Les chercheurs ont passé des décennies à étudier les propriétés de l'eau et comment elles changent lorsqu'il y a des perturbations dans leur comportement normal. La recherche sur le sujet a un large éventail d'applications, des systèmes biochimiques au dessalement de l'eau.
Une équipe de scientifiques du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), Le Laboratoire national d'Argonne et l'Université de Chicago ont exploré comment la structure et les propriétés électroniques de l'eau liquide peuvent être affectées par la présence d'ions et de nanoconfinement (ions et eau confinés entre des surfaces matérielles distantes de quelques nanomètres). Ils ont utilisé des simulations du premier principe pour rechercher des signes de ces perturbations. La recherche apparaît dans le Journal de physique chimique .
En comparaison, l'équipe, dirigé par l'auteur principal Viktor Rozsa, un étudiant diplômé de l'Université de Chicago et un boursier DOE NNSA Stewardship Science Graduate, réalisé des simulations d'eau à l'intérieur de nanotubes semi-conducteurs de diamètre 1,1 et 1,5 nanomètres, respectivement (un nanomètre vaut environ 17, 000 fois plus petit qu'un cheveu humain). Ils ont découvert qu'en raison du nanoconfinement, il existe des effets concurrents des liaisons hydrogène rompues et des interactions eau-carbone sur la polarisabilité moléculaire. Ils ont identifié la polarisabilité moléculaire de l'eau comme « l'empreinte digitale » de la perturbation des ions et du nanoconfinement.
"Les polarisabilités moléculaires ont affiché un équilibre concurrentiel entre les réductions de la rupture de la structure et les améliorations à l'interface du nanotube, " a déclaré Anh Pham de LLNL, un scientifique des matériaux dans le groupe de simulations quantiques.
Ce travail peut être étendu pour comprendre l'effet des anions ou des ions divalents sur l'eau confinée. À l'avenir, les chercheurs visent à étudier comment les effets concurrents sur la polarisabilité moléculaire sont influencés par d'autres ions solvatés et à différents degrés de confinement.
"Nos résultats soulignent l'importance de l'inclusion de la polarisabilité pour des simulations réalistes de l'eau dans des environnements complexes et peuvent aider à la paramétrisation des futurs potentiels interatomiques, " dit Giulia Galli, le professeur de la famille Liew à la Pritzker School of Molecular Engineering de l'Université de Chicago, scientifique principal à Argonne et co-auteur de l'étude.
L'article décrivant cette recherche a été choisi comme article vedette par le Journal de physique chimique et a également été souligné par l'American Institute of Physics.