I ricercatori hanno trascorso decenni a studiare le proprietà dell'acqua e come cambiano quando si verificano interruzioni del loro normale comportamento. La ricerca sul tema ha una vasta gamma di applicazioni, dai sistemi biochimici alla desalinizzazione dell'acqua.

Un team di scienziati del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), L'Argonne National Laboratory e l'Università di Chicago hanno esplorato come la struttura e le proprietà elettroniche dell'acqua liquida possono essere influenzate dalla presenza di ioni e dal nanoconfinamento (ioni e acqua confinati tra superfici materiali distanti nanometri). Hanno impiegato simulazioni del primo principio per cercare i segni di queste perturbazioni. La ricerca appare in Giornale di Fisica Chimica .

Per confronto, Il gruppo, guidato dall'autore principale Viktor Rozsa, uno studente laureato presso l'Università di Chicago e un borsista DOE NNSA Stewardship Science Graduate, simulazioni eseguite per l'acqua all'interno di nanotubi semiconduttori con diametri di 1,1 e 1,5 nanometri, rispettivamente (un nanometro è circa 17, 000 volte più piccolo di un capello umano). Hanno scoperto che a causa del nanoconfinamento, ci sono effetti concorrenti di legami idrogeno rotti e interazioni acqua-carbonio sulla polarizzabilità molecolare. Hanno identificato la polarizzabilità molecolare dell'acqua come "impronta digitale" della perturbazione di ioni e nanoconfinamento.

"Le polarizzabilità molecolari hanno mostrato un equilibrio competitivo tra riduzioni dovute alla rottura della struttura e miglioramenti all'interfaccia dal nanotubo, " ha detto Anh Pham di LLNL, uno scienziato dei materiali nel gruppo di simulazioni quantistiche.

Questo lavoro può essere esteso per comprendere l'effetto di anioni o ioni bivalenti sulle acque confinate. Nel futuro, i ricercatori mirano a studiare come gli effetti in competizione sulla polarizzabilità molecolare siano influenzati da altri ioni solvatati e in diversi gradi di confinamento.

"I nostri risultati evidenziano l'importanza dell'inclusione della polarizzabilità per simulazioni realistiche dell'acqua in ambienti complessi e possono aiutare con la parametrizzazione dei futuri potenziali interatomici, " disse Giulia Galli, il Liew Family Professor alla Pritzker School of Molecular Engineering dell'Università di Chicago, scienziato senior presso Argonne e coautore dello studio.

Il documento che descrive questa ricerca è stato scelto come articolo in evidenza dal Giornale di Fisica Chimica ed è stato anche evidenziato dall'American Institute of Physics.