Comprendre et contrôler le transport des ions dans les matériaux poreux et aux interfaces hydrophobes est essentiel pour une grande variété de technologies énergétiques et environnementales, allant des membranes sélectives d'ions, l'administration de médicaments et la biodétection aux batteries ioniques et aux supercondensateurs.

Cependant, une compréhension détaillée du transport à l'échelle nanométrique en est encore à ses balbutiements. Par exemple, le transport à l'échelle nanométrique a souvent été décrit par des modèles de continuum simplifiés qui reposent sur une description de charge ponctuelle pour les ions et un milieu diélectrique homogène pour le solvant, qui ne différencient pas les ions de même valence.

Dans une étude récente, Les scientifiques du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), en collaboration avec l'Université de Californie, Irvine (UCI), ont montré que le transport d'ions près d'une interface hydrophobe dépend non seulement de la tension appliquée, mais sur le type d'ion. L'équipe a découvert que les courants ioniques à travers des nanopores de nitrure de silicium uniques contenant une jonction hydrophobe-hydrophile peuvent dépendre fortement de la taille et de la force d'hydratation des ions solvatés.

"Nos simulations de dynamique moléculaire ont montré que les gros anions, comme le brome et l'iode, sont susceptibles de migrer de la solution aqueuse vers l'interface, conduisant à l'accumulation d'anions responsable du mouillage des pores et de l'augmentation des courants ioniques, " dit Fikret Aydin, un post-doctorant dans le groupe Simulations quantiques de la division Science des matériaux du LLNL, et un responsable théorique d'un article paru dans ACS Nano .

Zuzanna Siwy, professeur UCI au Département de physique et d'astronomie et co-auteur de l'article, a déclaré que l'étude présente un grand intérêt pour la préparation de systèmes sensibles aux ions basés sur des pores hydrophobes. "On peut aussi imaginer qu'il devrait être possible de préparer une membrane en forme de valve, qui s'ouvre pour le transport ionique et moléculaire lorsqu'une tension de seuil ou/et un ion de déclenchement sont ajoutés, " elle a dit.

Anh Pham, un scientifique des matériaux du LLNL du Quantum Simulations Group et co-auteur principal de l'article a ajouté :« Les résultats fournissent une compréhension fondamentale du rôle de l'hydratation ionique sur les propriétés des interfaces solide/liquide, ce qui est important pour concevoir des systèmes nanoporeux sélectifs aux ions de même charge, ainsi que pour la réalisation d'un mouillage induit par des ions dans les pores hydrophobes."