Impact of electrolyte on the structure and orientation of water at air/water–polyethylene glycol polymer interface

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作者
Anisha Bandyopadhyay,Jahur A. Mondal
出处
期刊:Journal of Chemical Physics [American Institute of Physics]
卷期号:161 (17)
标识
DOI:10.1063/5.0231332
摘要

Polyethylene glycol (PEG) is a water soluble, non-ionic polymer with applications in drug delivery, protein precipitation, anti-biofouling, water-splitting, Li-ion batteries, and fuel cells. The interaction of PEG with water and electrolytes plays pivotal roles in such applications. Using interface-selective spectroscopy, heterodyne-detected vibrational sum frequency generation, and Raman difference spectroscopy with simultaneous curve fitting analysis, we show that water adopts different structures and orientations at the air/water–PEG interface, which depends on the molar mass of the PEG. At the air/water–PEG4000 (MW 4000u) interface, water is H-up oriented (i.e., water Hs are pointed away from the aqueous bulk) around 3200 cm−1 and H-down oriented (i.e., water Hs are pointed toward the aqueous bulk) around 3470 cm−1. Variation of the bulk concentration of PEG4000 does not change the dual orientation of interfacial water. The presence of an electrolyte (1.0M NaCl) selectively reduces the H-up oriented water without affecting the H-down oriented water at the air/water–PEG4000 interface. The selective reorganization of the interfacial water is assigned to the disruption of the asymmetric hydration around ether-oxygen of the surface-adsorbed PEG4000 by the Na+ ion of the electrolyte. Interestingly, in the case of low molar mass PEG (air/water–PEG200), the interfacial water neither shows the dual orientation nor is affected by 1.0M NaCl.
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