Sciencemag.cz
Doporučujeme
Monomolekulární vrstva vody, tedy jakýsi 2D materiál, se podle nových zjištění nechová ani jako kapalina, ani jako pevná látka, ale jako něco mezi.
Vědci z University of Cambridge nazvali tuto dosud neznámou fázi hexatická voda. Dále zjistili, že při vyšším tlaku se 2D vrstva chová jako voda superionická (superiontová), kdy záporně nabité atomy kyslíku tvoří mřížku a protony (kationy vodíku) mezi nimi volně protékají. Superionická voda je elektricky dobře vodivá, náboj přenášejí právě volné protony; dosud jsme tuto fázi předpokládali v nitru Uranu a Neptunu, nový výzkum ukazuje, že se může existovat i na Zemi (za tlaků sice vyšších, ale ve 2D vrstvě ne tak extrémních jako v nitru velkých planet).
Monomolekulární nebo alespoň tenké vrstvičky vody se běžně vyskytují v dutinách s rozměry v nanometrech nebo mezi biologickými membránami. Tyto fáze vody jsou klíčové pro fungování živých organismů. Lepší pochopení vlastností této vody může být podle autorů nového výzkumu zásadní pro mnoho nových technologií včetně léčebných postupů. Nejde ale jen o živé systémy; první autor článku Venkat Kapil dále zmiňuje vývoj vysoce vodivých elektrolytů pro baterie, odsolování vody a transport kapalin bez tření. Superionická voda má podle dohadů elektrickou vodivost 100 až 1000krát vyšší než současné materiály používané v technologiích baterií. Navíc by vysoce vodivé mohly být i superionické „nanofáze“ dalších sloučenin; nadějně tedy vypadá zkusit hledat celou novou skupinu materiálů.
Dosud zkoumání 2D vody naráželo na problém s realizací příslušných experimentů a sledováním vlastností této vody. Vědci nyní využili pokroky ve výpočetní chemii k předpovědi fázového diagramu vrstvy vody o tloušťce jedné molekuly, a to s velkou přesností a pouze s odvozením ze základních zákonů („prvotních principů“). Co se týče experimentů, navrhují hexatickou fázi vody zkoumat uzavřenou v grafenových kanálcích.
Angelos Michaelides, The first-principles phase diagram of monolayer nanoconfined water, Nature (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-05036-x. www.nature.com/articles/s41586-022-05036-x
Zdroj: University of Cambridge / Phys.org
