Группа химиков из США разработала активируемую светом кристаллическую структуру, способную извлекать воду из воздуха и хранить ее внутри наноразмерных полостей, что открывает новый подход к сбору атмосферной воды.
Материал построен из металлоорганических каркасов, представляющих собой пористые структуры, образованные путем связывания атомов металла с органическими молекулами. В данном случае исследователи разработали решетку, которая изначально не имела пригодных для хранения воды полостей.
Прорыв произошел, когда структура была подвергнута воздействию ультрафиолетового света. Свет вызвал химическую перестройку внутри кристалла, изменив его внутреннюю архитектуру и создав крошечные полости, способные улавливать молекулы воды из воздуха. В результате этого процесса материал превращается в твердотельный водосборник, работающий исключительно на солнечном свете без необходимости использования внешних источников энергии или сложного оборудования.
Исследовательская группа наблюдала эффект на микроскопическом уровне с помощью рентгеновской дифракции, которая показала, что молекулы воды уже присутствовали внутри вновь образовавшихся полостей после облучения. По словам ученых, можно перемещать кристаллическую решетку и высвобождать воду по требованию, что и делает этот метод прорывом. Поведение материала зависит от структурных изменений, вызванных ультрафиолетом: органические линкеры внутри металлоорганического каркаса перестраиваются в новую конфигурацию, образуя пространства для хранения молекул воды.
В лабораторных условиях система способна удерживать около пяти процентов своего веса в воде, и хотя на уровне монокристалла это количество невелико, исследователи полагают, что масштабирование архитектуры может значительно увеличить общий потенциал улавливания. Команда считает, что эта концепция поможет в разработке новых технологий сбора воды для регионов с острой нехваткой водных ресурсов. Отмечается, что ультрафиолетовый свет свободно доступен от Солнца, и следующим шагом станет определение пределов поглощения воды по массе и их максимальное расширение.
Кристаллы самоорганизуются, что потенциально позволяет наладить крупномасштабное производство материала, однако текущая версия пока является экспериментальным образцом: в ней используется кадмий, который необходимо будет заменить более безопасными альтернативами перед внедрением в реальные условия. Дальнейшая работа будет сосредоточена на повышении эффективности поглощения воды и проверке надежности системы вне контролируемых лабораторных условий.