Hydrogen-Bond-Driven Chemical Separations: Elucidating the Interfacial Steps of Self-Assembly in Solvent Extraction

材料科学 水溶液 氢键 化学物理 萃取(化学) 胶束 溶剂 相(物质) 自组装 双水相体系 化学键 纳米技术 分子 化学工程 物理化学 有机化学 化学 工程类
作者
Azhad U. Chowdhury,Lu Lin,Benjamin Doughty
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:12 (28): 32119-32130 被引量:49
标识
DOI:10.1021/acsami.0c06176
摘要

Chemical separations, particularly liquid extractions, are pervasive in academic and industrial laboratories, yet a mechanistic understanding of the events governing their function are obscured by interfacial phenomena that are notoriously difficult to measure. In this work, we investigate the fundamental steps of ligand self-assembly as driven by changes in the interfacial H-bonding network using vibrational sum frequency generation. Our results show how the bulk pH modulates the interfacial structure of extractants at the buried oil/aqueous interface via the formation of unique H-bonding networks that order and bridge ligands to produce self-assembled aggregates. These extended H-bonded structures are key to the subsequent extraction of Co2+ from the aqueous phase in promoting micelle formation and subsequent ejection of the said micelle into the oil phase. The combination of static and time-resolved measurements reveals the events underlying complexities of liquid extractions at high [Co2+]:[ligand] ratios by showing an evolution of interfacially assembled structures that are readily tuned on a chemical basis by altering the compositions of the aqueous phase. The results of this work point to new principles to design-applied separations through the manipulation of surface charge, electrostatic screening, and the associated H-bonding networks that arise at the interface to facilitate organization and subsequent extraction.
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