[ad_1]
(Noticias de Nanowerk) Hay todo un universo acuoso escondido dentro de los diminutos poros de muchos materiales naturales y hechos por el hombre. La investigación de la Escuela de Ingeniería McKelvey de la Universidad de Washington en St. Louis ha demostrado que cuando dichos materiales se sumergen en un líquido, la química en los pequeños poros, conocidos como nanoporos, puede ser radicalmente diferente a la de la solución a granel.
De hecho, el pH en soluciones salinas más altas en nanoporos puede ser hasta 100 veces más ácido que en la solución a granel.
Los resultados de la investigación fueron publicados en la revista QUÍMICA («La pendiente de la superficie iónica controla el pH en los nanoporos»).
Una mejor comprensión de los nanoporos puede tener consecuencias importantes para una variedad de procesos técnicos. Piense, por ejemplo, en la producción de agua pura usando procesos de membrana; tecnologías de descarbonización para sistemas energéticos, incluida la captura y el secuestro de carbono; producción y almacenamiento de hidrógeno; y pilas.
Young-Shin Jun, Profesor de Ingeniería Energética, Ambiental y Química, y Srikanth Singamaneni, Profesor Lilyan & E. Lisle Hughes en el Departamento de Ingeniería Mecánica y Ciencia de los Materiales, querían entender qué es el pH: la medida de cuán ácido o básico Un líquido reside en los nanoporos y es diferente de la solución líquida en la que están sumergidos.
“El PH es una ‘variable maestra’ para la química del agua”, dijo Jun. “Cuando se mide en el campo, la gente realmente mide el pH de la solución a granel, no el pH en los nanoporos del material.
«Y si son diferentes, eso es un gran problema porque la información sobre el pequeño espacio diminuto cambiará toda la predicción en el sistema».
Jun y su exalumno graduado Yaguang Zhu colaboraron con Singamaneni y su exalumno graduado Hamed Gholami Derami. Singamaneni había desarrollado sensores de nanopartículas plasmónicas que informaban cómo cambiaba el pH a medida que se movía a través de un sistema biológico. Los sensores consisten en una nanopartícula de oro emparejada con una molécula sensible al pH, exactamente el tipo de sensor que podría usar Jun.
Cuando la luz brilla sobre las moléculas de la sonda de pH, el pH de su entorno inmediato se indica mediante pequeños cambios en su dispersión Raman. Sin embargo, la dispersión Raman normal ofrece una señal extremadamente débil, lo que dificulta su detección. Este efecto se ve reforzado por la nanopartícula de oro, que actúa como una especie de antena y mejora el efecto de dispersión Raman.
Para medir el pH en nanoporos, Singamaneni envolvió un nanosensor en una capa de sílice con poros de solo tres nanómetros de diámetro y lo colocó en soluciones líquidas con una química diferente. El equipo verificó que los sensores solo proporcionaran información química desde el interior de los nanoporos de sílice, incluido el pH, y que no estuvieran contaminados por la solución a granel.
Y debido a que las nanopartículas de oro solo mejoran la dispersión Raman de las moléculas en su vecindad inmediata, también pueden proporcionar información sobre las moléculas y los iones dentro de los poros.
«No importa cómo cambie el pH fuera del nanoporo», dijo Singamaneni, «porque la molécula de la sonda no lo detecta. Simplemente detecta lo que está sucediendo en el entorno local”.
En el laboratorio, los equipos de investigación descubrieron que los aniones (iones con carga negativa) se transportan preferentemente en los nanoporos, lo que induce un pH más bajo en los nanoporos que en la solución a granel.
Cuanto mayor sea el contenido de sal de la solución, mayor será la diferencia (¡hasta 100 veces más ácido!). En el mundo real, esto podría ser relevante para las salmueras de las plantas de desalinización, la extracción de petróleo y gas o el secuestro geológico de carbono. Muchos materiales de ingeniería también utilizan espacios de nanoporos únicos para lograr una mayor reactividad en los procesos.
Este hallazgo puede ayudar a explicar los acertijos de larga data en los procesos de ingeniería donde los resultados tienden a no estar de acuerdo con los resultados previstos.
“Nos da poder predictivo”, dijo Jun. “Solíamos usar solo información de sistemas masivos. Pensamos que las químicas involucradas en la solución a granel y la solución en nanoporos eran las mismas, pero descubrimos que los nanoporos crean un universo acuoso único que puede albergar reacciones importantes que no pueden ocurrir en una solución a granel”.
[ad_2]