Comprendere e controllare il trasporto ionico nei materiali porosi e nelle interfacce idrofobiche è fondamentale per un'ampia varietà di tecnologie energetiche e ambientali, che vanno dalle membrane iono-selettive, somministrazione di farmaci e biorilevamento a batterie ioniche e supercondensatori.

Però, una comprensione dettagliata del trasporto su nanoscala è ancora agli inizi. Ad esempio, il trasporto su scala nanometrica è stato spesso descritto da modelli continui semplificati che si basano su una descrizione di carica puntiforme per gli ioni e su un mezzo dielettrico omogeneo per il solvente, che non differenziano ioni con la stessa valenza.

In un recente studio, scienziati del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), in collaborazione con l'Università della California, Irvine (UCI), ha mostrato che il trasporto ionico vicino a un'interfaccia idrofoba dipende non solo dalla tensione applicata, ma sul tipo di ione. Il team ha scoperto che le correnti ioniche attraverso i singoli nanopori di nitruro di silicio che contengono una giunzione idrofobica-idrofila possono essere fortemente dipendenti dalle dimensioni e dalla forza di idratazione degli ioni solvatati.

"Le nostre simulazioni di dinamica molecolare hanno mostrato che i grandi anioni, come bromo e iodio, sono inclini a migrare dalla soluzione acquosa all'interfaccia, portando all'accumulo di anioni responsabile della bagnatura dei pori e delle correnti ioniche potenziate, " ha detto Fikret Aydin, un postdoc nel Quantum Simulations Group nella divisione di scienza dei materiali di LLNL, e una guida teorica di un articolo che appare in ACS Nano .

Zuzanna Siwy, un professore dell'UCI presso il Dipartimento di Fisica e Astronomia e coautore dell'articolo, ha detto che lo studio è di grande interesse per la preparazione di sistemi ionici basati su pori idrofobici. "Si può anche immaginare che dovrebbe essere possibile preparare una membrana a forma di valvola, che diventa aperto per il trasporto ionico e molecolare quando viene aggiunta una tensione di soglia o/e uno ione di gating, " lei disse.

Anh Pham, uno scienziato dei materiali LLNL nel Quantum Simulations Group e co-autore dell'articolo ha aggiunto:"I risultati forniscono una comprensione fondamentale del ruolo dell'idratazione ionica sulle proprietà delle interfacce solido/liquido, che è importante per la progettazione di sistemi nanoporosi selettivi per ioni della stessa carica, così come per la realizzazione della bagnatura indotta da ioni nei pori idrofobici."