Moleculen krijgen een boost van metalen koolstofnanobuisjes

Een team van het Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) heeft ontdekt dat zuivere metalen koolstofnanobuisjes het beste zijn voor het transporteren van moleculen.

Molecuulscheidingen spelen een steeds grotere rol in moderne technologieën, variërend van waterontzilting en het oogsten van kritieke materialen tot de productie van hoogwaardige chemicaliën en farmaceutische producten.

Om het water- en protonentransport te verbeteren, ontdekten wetenschappers van LLNL dat de binnenste poriën kleiner dan één nanometer in metalen koolstofnanobuisjes beter zijn in het transporteren van materialen dan conventionele halfgeleidende koolstofnanobuisjes.

“Deze resultaten benadrukken de complexe rol van de elektronische eigenschappen van nanofluïdische kanalen bij het moduleren van transport onder extreme nanoschaalbeperking”, aldus LLNL-wetenschapper Alex Noy, hoofdauteur van een artikel verschijnen op de cover van Natuurmaterialen.

Naarmate deze technologieën geavanceerder en verfijnder worden, nadert hun efficiëntie de beperkingen van de materiaalplatformen die ze aandrijven. Zo is de prestatie van polymeermembranen, die een grote rol spelen bij conventionele scheidingen, beperkt, wat suggereert dat een verdere toename van precisiescheiding betekent dat er moet worden overgestapt op materiaalplatformen die gecontroleerde uniforme poriegroottes en structuren bieden.

In het nieuwe onderzoek analyseerde het team metalen en supergeleidende nanotubes om te bepalen welk materiaal beter was in het transporteren van moleculen. Ze ontdekten dat zuivere metalen koolstofnanotubes het beste werkten.

“Synthetische kanalen en nanofluïdische kanalen vormen aantrekkelijke alternatieven voor conventionele polymeer nanoporiën”, aldus Yuhao Li, wetenschapper bij LLNL en mede-eerste auteur van het artikel.

“In veel gevallen creëren ze een sterke ruimtelijke opsluiting die doet denken aan biologische membraankanalen en kunnen ze een aantal van hun voortreffelijke selectiviteitsmechanismen benutten”, voegde een andere co-eerste auteur, LLNL-postdoctoraal onderzoeker Zhongwu Li, toe.

Koolstofnanobuisporiën hebben gladde hydrofobe wanden die buitengewoon snel water- en gastransport en sterke ionenselectiviteit mogelijk maken. De studies die deze resultaten en andere studies laten zien, wekken de mogelijkheid op van een nauw verband tussen de elektronische eigenschappen van de wanden van het kanaal en de transportefficiëntie ervan.

Andere LLNL-auteurs zijn onder meer Jobaer Abdullah en Ted Laurence, evenals onderzoekers van het Massachusetts Institute of Technology, de Universiteit van Texas in Austin en het National Institute of Standards and Technology.