Các nhà khoa học tại Đại học Iowa vừa phát triển một loại vật liệu mới, có thể thu giữ nước trực tiếp từ không khí chỉ bằng ánh sáng. Nghiên cứu này mở ra triển vọng có thể giúp cung cấp nước cho các vùng khô hạn, nơi khó tiếp cận nguồn nước sạch. Nghiên cứu được đăng trên tạp chí American Chemical Society.
Loại vật liệu mới này giống tinh thể, có thể thay đổi cấu trúc khi tiếp xúc với tia cực tím. Khi cấu trúc thay đổi, các túi nhỏ li ti bên trong vật liệu mở ra, giữ lại các phân tử nước từ không khí xung quanh. Các nhà khoa học cho biết, vật liệu này hoạt động gần giống như tập hợp khổng lồ các chai nước siêu nhỏ.
Vật liệu mới này thuộc nhóm các chất gọi là khung kim loại hữu cơ (MOF). Vật liệu này được tạo ra từ các nguyên tử kim loại liên kết với nhau bằng các phân tử hữu cơ, tạo ra các cấu trúc ba chiều chứa đầy lỗ nhỏ li ti. Các nhà khoa học nghiên cứu MOF trong nhiều thập kỷ vì chúng có thể giữ lại khí và các chất khác bên trong các lỗ rỗng của chúng.
Ban đầu, nhóm nghiên cứu ở Đại học Iowa gặp khó khăn trong việc tạo ra các khoang cần thiết để lưu trữ nước. Thiết kế của họ bao gồm các liên kết phân tử linh hoạt, nhưng cấu trúc vẫn quá khít chặt. Sau đó, các nhà nghiên cứu đã thử chiếu tia cực tím vào vật liệu.
Kết quả làm họ ngạc nhiên. Ánh sáng đã kích hoạt phản ứng hóa học làm thay đổi sự sắp xếp các liên kết phân tử bên trong MOF. Các liên kết, ban đầu giống như các đường thẳng song song, đã chuyển thành hình chữ X. Sự sắp xếp lại này tạo ra nhiều khoang nhỏ li ti khắp cấu trúc. Khi nhóm nghiên cứu kiểm tra vật liệu bằng phân tích tia X, họ phát hiện nước đã đi vào các khoang.
Mỗi khoang có thể chứa hai phân tử nước. Điều này nghe có vẻ rất nhỏ, nhưng khi lấp đầy hoàn toàn, lượng nước được lưu trữ chiếm khoảng 5% tổng khối lượng của vật liệu. Mặc dù phiên bản hiện tại chỉ lưu trữ được một lượng nước khiêm tốn, nhưng các nhà nghiên cứu cho biết, vật liệu này có tiềm năng sản xuất với số lượng rất lớn.
Công trình nghiên cứu vẫn đang ở giai đoạn ban đầu và các nhà nghiên cứu sẽ cải thiện thêm khả năng hấp thụ nước của vật liệu. Họ cũng có kế hoạch thay thế cadmium, kim loại hiện đang sử dụng trong khung cấu trúc, bằng các chất an toàn hơn và ít độc hại hơn.
Nhóm nghiên cứu mô tả hệ thống này là công nghệ thu gom nước “thông minh” vì quá trình thu gom nước có thể được kích hoạt một cách có chủ đích bằng ánh sáng. Vì tia cực tím có sẵn trong ánh nắng Mặt trời, phương pháp này có thể giúp thu thập nước sạch từ khí quyển một cách tiết kiệm năng lượng.
