UV-Licht aktiviert neues Sonnenmaterial zur Wassergewinnung aus der Luft

Das Licht löste eine chemische Umordnung im Inneren des Kristalls aus, die seine innere Architektur umgestaltete und winzige Hohlräume schuf, die in der Lage sind, Wassermoleküle aus der Luft einzufangen. Die Forscher geben an, dass dieser Prozess das Material in eine Art Festkörper-Wassersammler verwandelt, der ausschließlich Sonnenlicht benötigt und ohne externe Energiequellen oder komplexe Maschinen auskommt.

Das Team beobachtete den Effekt auf mikroskopischer Ebene mittels Röntgendiffraktion, die zeigte, dass sich Wassermoleküle bereits nach der Lichtexposition in den neu gebildeten Hohlräumen befanden. „Licht öffnet Wasserfallen", so Leonard MacGillivray, Adjunct-Professor am Department of Chemistry und ehemaliger Fachbereichsleiter. „Wir haben und haben validiert eine Methode zur Erfassung und Speicherung, die nur Sonnenlicht erfordert.

Man kann das Kristallgitter transportieren und das Wasser schließlich auf Abruf freisetzen. Darum ist dies ein solcher Fortschritt." Die Forscher betonen, dass das Verhalten des Materials östen strukturellen Verschiebung abhängt.

Die organischen Verknüper innerhalb des MOFs

Die organischen Verknüper innerhalb des MOFs (metallorganischer Gerüstverbindungen) ordnen sich in eine neue Konfiguration um und schaffen dabei Hohlräume, die als Speicherstellen für Wassermoleküle dienen.

Das System kann unter Laborbedingungen etwa 5 % seines Gewichts in Form Betrag auf der Ebene einzelner Kristalle gering erscheint, gehen die Forscher davon aus, dass eine Skalierung der Architektur das Gesamtpotenzial zur Wasseraufnahme erheblich steigern könnte.

Sonnengestützte Wasseraufnahme Das Team ist der Ansicht, dass dieses Konzept zur Entwicklung neuer Technologien zur Gewinnung schwerer Wasserknappheit beitragen könnte. „Der Grund, warum wir das Wort ‚intelligent' verwenden, liegt darin, dass wir die Wasseraufnahme gezielt durch Licht auslösen," erklärt die Doktorandin Nevindee Samararathne Muhandiramge. „UV-Licht ist frei verfügbar und stammt." Als nächster Schritt wird die Obergrenze der Wasseraufnahme in Masseprozent bestimmt und so weit wie möglich ausgereizt.

Moegliche Anwendungen

Die Forscher weisen zudem darauf hin, dass sich die Kristalle selbst organisieren, was eine potenziell großtechnische Herstellung des Materials in Zukunft ermöglicht. Sie warnen jedoch, dass die aktuelle Version lediglich ein Konzeptnachweis ist. Das Material verwendet Cadmium als Testelement, das vor dem Einsatz in der realen Welt durch sicherere Alternativen ersetzt werden muss.

Die Forscher betonen, dass zukünftige Arbeiten sich auf die Verbesserung der Wasseraufnahmeeffizienz und die Prüfung der zuverlässigen Funktionsfähigkeit des Systems unterhalb kontrollierter Laborbedingungen konzentrieren werden. Die Studie deutet eine neue Richtung für wasserentziehende Materialien an, die strukturelle Chemie mit umweltbedingter Responsivität verbinden und Sonnenlicht als einzige Energiequelle nutzen.

Die Studie „Photo capture of water a nonporous metal−organic material" wurde im Journal of the American Chemical Society veröffentlicht.