作者:亚历克斯·杰勒格，西北大学 显示石墨烯-水界面上离子之间相互作用的图示
学分:西北大学 由西北大学工程师和阿尔贡国家实验室研究人员领导的研究小组发现了石墨烯和水之间离子相互作用的新发现
这些见解可以为电池设计新的高能效电极提供信息，或者为神经形态计算应用提供主干离子材料
众所周知，石墨烯具有非凡的性能，从机械强度到电子电导率到润湿透明度，在许多环境和能源应用中发挥着重要作用，例如海水淡化、电化学储能和能量收集
水介导的静电相互作用推动了这些技术背后的化学过程，使得量化石墨烯、离子和带电分子之间相互作用的能力变得至关重要，以便设计更高效和有效的迭代
“每次你与物质中的离子发生相互作用时，介质都非常重要
领导这项研究的泰勒材料科学与工程律师教授莫妮卡·奥维拉·德拉·克鲁兹说:“水在离子、分子和界面之间的相互作用中起着至关重要的作用，这导致了各种自然和技术过程。”
“然而，关于纳米尺度的纳米配置如何影响水介导的相互作用，我们还有很多不了解的地方
" 利用西北工程大学的计算机模型模拟和阿尔贡的x光反射率实验，研究小组研究了两个石墨烯表面之间的水中不同位置的两个带相反电荷的离子之间的相互作用
他们发现当离子位置互换时，相互作用的强度并不相等
研究人员称这种对称性的破坏为非互易相互作用，这是一种之前静电理论没有预测到的现象
研究人员还发现，当一个离子插入石墨烯层时，带相反电荷的离子之间的相互作用变得排斥，而另一个离子在界面上被吸收
“从我们的工作中，我们可以得出结论，仅界面附近的水结构不能决定离子之间的有效静电相互作用，”菲利普·希门尼斯-洛杉矶说，他是西北工程大学计算和软材料理论中心的高级研究助理，也是这项研究的主要作者
“我们观察到的非互易性意味着界面上的离子-离子相互作用不服从库仑定律的各向同性和平移对称性，并且可以出现在可极化和不可极化模型中
这种不对称的水极化影响了我们对离子分化机制的理解，如离子选择性和离子特异性
" “这些结果揭示了离子如何与界面相互作用的另一层复杂性，”保罗·芬特说，他是阿尔贡化学科学与工程部门的高级科学家和小组负责人，领导了使用阿尔贡高级光子源的研究的x光测量
“值得注意的是，这些见解来自模拟，并通过同一系统的实验观察进行了验证
" 这些结果可能会影响环境技术中使用的选择性离子吸附膜的未来设计，如水净化过程、用于电能存储的电池和电容器，以及生物分子(如蛋白质和脱氧核糖核酸)的表征
理解离子相互作用也可能影响神经形态计算的进展——在神经形态计算中，计算机的功能类似于人脑，比当前的计算机更有效地执行复杂的任务
锂离子可以实现可塑性，例如，通过插入或移除神经形态装置中的石墨烯层
奥尔维拉·德拉·克鲁兹说:“石墨烯是一种理想的材料，可用于通过电解质中的离子传输来传输信号的神经形态应用设备。”
“我们的研究表明，石墨烯中嵌入的离子和电解质中物理吸附的离子之间的相互作用是排斥的，会影响这类器件的力学性能
" 这项研究为研究人员提供了对界面附近水介质中静电相互作用的基本理解，这种静电相互作用超出了水与石墨烯的关系，对于研究物理和科学中的其他过程至关重要
“石墨烯是一个规则的表面，但这些发现可以帮助解释更复杂分子中的静电相互作用，比如蛋白质，”希门尼斯-洛杉矶说
“我们知道蛋白质内部和外部的静电荷很重要
这项工作给了我们一个新的机会来探索和观察这些重要的相互作用
" 11月17日，《物理评论研究》杂志上发表了一篇描述这项工作的论文，题目是“禁闭中水诱发的非相互作用”
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
