Modulation of Polyelectrolyte Adsorption on Nanoparticles and Nanochannels by Surface Curvature

• Autores: Gilles, Facundo Matias; Boubeta, Fernando Martín; Azzaroni, Omar; Szleifer, Igal; Tagliazucchi, Mario Eugenio
• Año de publicación: 2018
• Idioma: inglés
• Tipo de recurso: artículo
• Materia: POLYELECTROLITE; NANOPARTICLES; NANOCHANNELS
• Institución: Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas

This paper presents theoretical results on the adsorption of polyelectrolyte chains on surfaces with opposite charge and nanoscale curvature. The theory predicts that increasing the surface curvature can either increase or decrease the amount of adsorbed polyelectrolyte, depending on the type of curvature (convex or concave) and whether the polyelectrolyte undercompensates or overcompensates the initial charge of the substrate. For small bulk salt concentration (10-4 M), increasing the curvature of the surface displaces the adsorption equilibrium of the polyelectrolyte in order to decrease the absolute value of the effective charge density for concave surfaces (nanochannels) or to increase it for convex surfaces (nanoparticles). This behavior is traced back to the dependence of the total free energy as a function of the curvature of the surface. For intermediate salt concentrations (0.01-0.1 M), the magnitude of the effect is larger than that for low salt concentrations, although the general picture becomes more complex due to the fact that the added salt competes with the polycation to screen the negative charge of the substrate. It is argued that the effect under discussion will be relevant for nano-objects that have different radii or type of curvature at different locations (i.e. conical nanochannels or cylindrical nanorods with hemispherical tips) as our theory predicts inhomogeneous polyelectrolyte adsorption on their surfaces.
Fil: Gilles, Facundo Matias. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas; Argentina
Fil: Boubeta, Fernando Martín. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina
Fil: Azzaroni, Omar. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas; Argentina
Fil: Szleifer, Igal. Northwestern University; Estados Unidos
Fil: Tagliazucchi, Mario Eugenio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina