Grenzflächenreaktionen finden an der Grenze statt, an der Materialien in verschiedenen Phasen, beispielsweise ein Feststoff und eine Flüssigkeit, aufeinander treffen. Diese Reaktionen treiben den gesamten Elementkreislauf auf der Erde voran und spielen eine entscheidende Rolle bei menschlichen Aktivitäten wie der Landwirtschaft, der Wasseraufbereitung, der Energieerzeugung und -speicherung, der Sanierung von Umweltschadstoffen und der Verwaltung von Atommülldeponien.
In einem kürzlich veröffentlichten Übersichtsartikel in Chemische Rezensionen23 Experten für Fest-Wasser-Grenzflächen feiern die wissenschaftlichen Fortschritte auf dem Gebiet der Grenzflächenreaktionen seit der bahnbrechenden Arbeit zu diesem Thema veröffentlicht im Jahr 1999. Sie stellen auch neue Wege und Möglichkeiten dar, die es in den kommenden Jahrzehnten zu erkunden gilt.
„Es ist wirklich eine Ehre, mit herausragenden Wissenschaftlern aus der ganzen Welt zusammenzuarbeiten, um über 20 Jahre Fortschritte in den Grenzflächenwissenschaften und -technik zu berichten“, sagte Young-Shin Jun, Professor für Energie-, Umwelt- und Chemieingenieurwesen an der McKelvey School of Engineering der Washington University in St. Louis und einer der führenden und korrespondierenden Autoren des Übersichtsartikels. „Während dieses Projekts trafen sich viele von uns sogar in der dunklen Zeit der Pandemie virtuell, um an dem Überprüfungspapier zur Mega-Kollaboration zu arbeiten, und wir alle bleiben hoffnungsvoll und gespannt auf die Auswirkungen, die diese Wissenschaft haben kann.“
Die Autoren des Papiers erläutern die wichtigsten Fortschritte im 21. Jahrhundert, die zu einem detaillierteren Verständnis mineralischer wässriger Grenzflächen führten. Techniken, die Messungen im Atom- und Nanometerbereich ermöglichen, trugen dazu bei, skalenabhängige Phänomene aufzudecken, deren Reaktionsthermodynamik, -kinetik und -pfade von früheren Beobachtungen an größeren Systemen abweichen. Neue experimentelle Erkenntnisse bestätigten, was Wissenschaftler zuvor vermutet hatten, aber nicht testen konnten, insbesondere wie untypische chemische Strukturen chemische Grenzflächenreaktionen antreiben. Darüber hinaus brachten Fortschritte in der Computerchemie neue Erkenntnisse, die zu einem molekularen Modell komplexer Grenzflächen führten.
„Der Aufsatz befasst sich nicht nur mit der Frage, wie weit wir beim Verständnis realistischer statt idealisierter Grenzflächen zwischen festem Wasser gekommen sind, sondern erfasst auch neue Herausforderungen, Grenzen und Chancen in den Grenzflächenwissenschaften“, sagte Jun. „Wir gehen davon aus, dass sich die nächsten 20 Jahre auf die Erweiterung unseres Verständnisses über größere räumliche und zeitliche Bereiche sowie auf Systeme mit größerer struktureller und chemischer Komplexität konzentrieren werden. Ich freue mich darauf, mit Mitarbeitern aus verschiedenen Disziplinen und Kontinenten zusammenzuarbeiten, um dieses große Ziel zu erreichen.“ “
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José Leobardo Bañuelos et al, Oxide– and Silicat–Water Interfaces and Their Roles in Technology and the Environment, Chemische Rezensionen (2023). DOI: 10.1021/acs.chemrev.2c00130