Une équipe du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) a découvert que les nanotubes de carbone métalliques purs sont les plus efficaces pour transporter les molécules.
Les séparations de molécules jouent un rôle de plus en plus important dans les technologies modernes, du dessalement de l’eau à la récolte de matériaux critiques en passant par la fabrication de produits chimiques et pharmaceutiques de grande valeur.
Pour améliorer le transport de l’eau et des protons, les scientifiques du LLNL ont découvert que les pores internes plus petits qu’un nanomètre dans les nanotubes de carbone métalliques sont plus efficaces pour transporter les matériaux que les nanotubes de carbone semi-conducteurs classiques.
« Ces résultats soulignent le rôle complexe des propriétés électroniques des canaux nanofluidiques dans la modulation du transport sous confinement extrême à l’échelle nanométrique », a déclaré Alex Noy, scientifique du LLNL, auteur principal d’un article. apparaissant sur la couverture de Matériaux naturels.
À mesure que ces technologies deviennent plus sophistiquées et plus perfectionnées, leur efficacité se rapproche des limites des plateformes matérielles qui les alimentent. Par exemple, les performances des membranes polymères, qui jouent un rôle important dans les séparations conventionnelles, sont limitées, ce qui suggère qu’une augmentation supplémentaire de la précision de séparation nécessite le passage à des plateformes matérielles qui fournissent des tailles et des structures de pores uniformes et contrôlées.
Dans la nouvelle étude, l’équipe a analysé des nanotubes métalliques et supraconducteurs pour déterminer quel matériau était le plus efficace pour transporter les molécules et a découvert que les nanotubes de carbone métalliques purs fonctionnaient le mieux.
« Les canaux synthétiques et les canaux nanofluidiques offrent des alternatives convaincantes aux nanopores polymères conventionnels », a déclaré Yuhao Li, scientifique du LLNL et co-premier auteur de l’article.
« Dans de nombreux cas, ils créent un fort confinement spatial qui rappelle les canaux membranaires biologiques et peuvent exploiter certains de leurs mécanismes de sélectivité exquis », a ajouté un autre co-premier auteur, le chercheur postdoctoral du LLNL, Zhongwu Li.
Les pores des nanotubes de carbone ont des parois hydrophobes lisses qui permettent un transport d’eau et de gaz extrêmement rapide et une forte sélectivité ionique. Les études montrant ces résultats et d’autres études suggèrent la possibilité d’un lien étroit entre les propriétés électroniques des parois du canal et son efficacité de transport.
Parmi les autres auteurs du LLNL figurent Jobaer Abdullah et Ted Laurence, ainsi que des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology, de l’Université du Texas à Austin et du National Institute of Standards and Technology.
Plus d’information:
Yuhao Li et al., Amélioration du transport moléculaire dans les porines de nanotubes de carbone métalliques purs, Matériaux naturels (2024). DOI : 10.1038/s41563-024-01925-w