Siirry päänavigointiin Siirry hakuun Siirry pääsisältöön

Quantification of Water-lon Pair Interactions in Polyelectrolyte Multilayers Using a Quartz Crystal Microbalance Method

  • Chikaodinaka I. Eneh
  • , Tuuva Kastinen
  • , Suyash Oka
  • , Piotr Batys
  • , Maria Sammalkorpi
  • , Jodie L. Lutkenhaus*
  • *Tämän työn vastaava kirjoittaja

Tutkimustuotos: LehtiartikkeliArticleScientificvertaisarvioitu

16 Viittaukset (Web of Science)
83 Lataukset (Pure)

Abstrakti

Water existing within thin polyelectrolyte multilayer (PEM) films has significant influence on their physical, chemical, and thermal properties, having implications for applications including energy storage, smart coatings, and biomedical systems. Ionic strength, salt type, and terminating layer are known to influence PEM swelling. However, knowledge of water's microenvironment within a PEM, whether that water is affiliated with intrinsic or extrinsic ion pairs, remains lacking. Here, we examine the influence of both assembly and post-assembly conditions on the water-ion pair interactions of poly(styrene sulfonate)/poly(diallyldimethylammonium) (PSS/PDADMA) PEMs in NaCl and KBr. This is accomplished by developing a methodology in which quartz crystal microbalance with dissipation monitoring is applied to estimate the number of water molecules affiliated with an ion pair (i), as well as the hydration coefficient, pi(H2O)(salt). PSS/PDADMA PEMs are assembled in varying ionic strengths of either NaCl and KBr and then exposed post-assembly to increasing ionic strengths of matching salt type. A linear relationship between the total amount of water per intrinsic ion pair and the post-assembly salt concentration was obtained at post-assembly salt concentrations >0.5 M, yielding estimates for both i and pi(H2O)(salt). We observe higher values of i and pi(H2O)(salt) in KBr-assembled PEMs due to KBr being more effective in doping the assembly because of KBr's more chaotropic nature as compared to NaCl. Lastly, when PSS is the terminating layer, i decreases in value due to PSS's hydrophobic nature. Classical and ab initio molecular dynamics provide a microstructural view as to how NaCl and KBr interact with individual polyelectrolytes and the involved water shells. Put together, this study provides further insight into the understanding of existing water microenvironments in PEMs and the effects of both assembly and post-assembly conditions.

AlkuperäiskieliEnglanti
Sivut287-298
Sivumäärä12
JulkaisuACS Polymers Au
Vuosikerta2
Numero4
DOI - pysyväislinkit
TilaJulkaistu - 10 elok. 2022
OKM-julkaisutyyppiA1 Alkuperäisartikkeli tieteellisessä aikakauslehdessä

Rahoitus

This work is supported by the National Science Foundation under Grant No. 1905732, National Science Centre, Poland (Grant No. 2018/31/D/ST5/01866) (P.B.) , Academy of Finland Centers of Excellence Program (2022-2029) in Life-Inspired Hybrid Materials (LIBER) under project No. 346111 (M.S.) , Academy of Finland project no. 309324 (M.S.) , and Finnish Cultural Foundation (T.K.) .

Sormenjälki

Sukella tutkimusaiheisiin 'Quantification of Water-lon Pair Interactions in Polyelectrolyte Multilayers Using a Quartz Crystal Microbalance Method'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.
  • -: LIBER Sammalkorpi

    Sammalkorpi, M. (Vastuullinen johtaja), Morais Jaques, Y. (Projektin jäsen), Lokka, A. (Projektin jäsen), Holl, M. (Projektin jäsen), Niemistö, M. (Projektin jäsen), Kastinen, T. (Projektin jäsen), Hasheminejad, K. (Projektin jäsen), Scacchi, A. (Projektin jäsen) & Harmat, A. (Projektin jäsen)

    01/01/202231/12/2024

    Projekti: RCF Academy Project

  • FinnCERES: Competence Center for the Materials Bioeconomy: A Flagship for our Sustainable Future

    Mäkelä, K. (Vastuullinen johtaja)

    01/05/201831/12/2022

    Projekti: Academy of Finland: Other research funding

  • Veden ja suolan vaikutus polyelektrolyyttikomplekseissa

    Sammalkorpi, M. (Vastuullinen johtaja), Kyllönen, M. (Projektin jäsen), Mudedla, S. (Projektin jäsen), Mohammadyarloo, Z. (Projektin jäsen), Batys, P. (Projektin jäsen), Kastinen, T. (Projektin jäsen), Kivistö, S. (Projektin jäsen), Penttinen, R.-M. (Projektin jäsen), Scacchi, A. (Projektin jäsen), Leino, A. (Projektin jäsen), Javannikkhah, S. (Projektin jäsen), Harmat, A. (Projektin jäsen), Vahid, H. (Projektin jäsen), Vuorte, M. (Projektin jäsen), Khavani Sariani, M. (Projektin jäsen) & Kivimäki, I. (Projektin jäsen)

    01/09/201731/12/2021

    Projekti: Academy of Finland: Other research funding

Siteeraa tätä