Local Tracking of Single Ions Dynamics at Solid-Liquid Interfaces

固液界面单离子动力学的局部跟踪

基本信息

  • 批准号:
    EP/S028234/1
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 149.25万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Fellowship
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2019 至 无数据
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Ions are ubiquitous in nature. They play a crucial role in countless processes, from the function of proteins rendering life possible on earth to the formation of minerals and the regulation of the ocean's acidity. In technology, ions are even more important both as structural elements for composite materials and as charge carriers in energy conversion and storage. Whether in living organisms or in cutting edge batteries, ions occupy a central role in transporting, converting and storing energy. This process usually hinges of charge exchanges that occur at the interface between a solid surface and a liquid in which the ions are dissolved.Because of the small size of most ions, exchange and transport processes at solid-liquid interfaces tend to be dominated by structural and chemical features of the solid such as defects; much like a pillar or a puddle disturbing the natural movement of a crowed in a busy underground passage. It is therefore crucial to be able to follow single ions at the interface with immersed solids in order to fully understand ions' dynamics; any averaged measurement smears out the impact of the dominating surface features of the solid. To date this has not been possible due a lack of experimental technique: most existing approach rely of some form of averaging over many ions in order to derive precise information.The goal of this fellowship is to develop a novel type of microscope able to probe locally and in-situ the dynamics of single ions at the surface of immersed solids with a simultaneous spatiotemporal resolution exceeding 1 nanometre and 50 nanoseconds. This new microscope will subsequently be used uncover the molecular mechanisms enabling certain ions to migrate efficiently through composite materials while preventing others.It will also be used to investigate the dynamics of single ions at model biointerfaces and answer otherwise inaccessible questions for biological systems. It will also be Significantly, this experimental platform will open up the possibility to directly compare experimental results with computer simulations conducted on the same spatial and temporal scales.
离子在自然界中无处不在。它们在无数过程中发挥着至关重要的作用,从使地球上的生命成为可能的蛋白质的功能,到矿物质的形成和海洋酸度的调节。在技术上,离子作为复合材料的结构元素和能量转换和储存的电荷载体更为重要。无论是在生物体中还是在尖端电池中,离子在传输、转换和储存能量方面都起着核心作用。这个过程通常是发生在固体表面和溶解离子的液体之间的界面上的电荷交换的关键。由于大多数离子的尺寸较小,固液界面的交换和输运过程往往受固体的结构和化学特征(如缺陷)的支配;就像在繁忙的地下通道中,一根柱子或一个水坑干扰了人群的自然运动。因此,为了充分了解离子的动力学,能够在浸入固体的界面上跟踪单个离子是至关重要的;任何平均测量都抹掉了固体主要表面特征的影响。到目前为止,由于缺乏实验技术,这还不可能实现:大多数现有的方法依赖于对许多离子进行某种形式的平均,以获得精确的信息。本研究的目标是开发一种新型显微镜,能够在浸入固体表面局部和原位探测单个离子的动态,同时时空分辨率超过1纳米和50纳秒。这种新型显微镜随后将用于揭示分子机制,使某些离子能够有效地通过复合材料迁移,同时阻止其他离子。它还将用于研究模型生物界面上单离子的动力学,并回答生物系统中其他难以触及的问题。重要的是,这个实验平台将为在相同时空尺度上进行的实验结果与计算机模拟直接比较提供可能。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Real-time tracking of ionic nano-domains under shear flow.
  • DOI:
    10.1038/s41598-021-98137-y
  • 发表时间:
    2021-10-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Cafolla C;Voïtchovsky K
  • 通讯作者:
    Voïtchovsky K
Nanoscale probing of local dielectric changes at the interface between solids and aqueous saline solutions.
纳米级探测固体和盐水溶液之间界面处的局部介电变化。
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Trewby W
  • 通讯作者:
    Trewby W
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  • 影响因子:
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  • 通讯作者:
    安藤敏夫
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  • DOI:
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
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  • 通讯作者:
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  • 影响因子:
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    Francesco Stellacci

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  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 149.25万
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