Đã tạo ra vật liệu cho bình không cạn, tự lấy độ ẩm từ không khí dưới ánh nắng mặt trời

Phương pháp mới thu nước từ không khí: MOF được kích hoạt bằng mặt trời

Các hoá sĩ tại Đại học Iowa đã tìm ra một cách bất thường để chiết xuất độ ẩm từ bầu khí quyển mà không cần tiêu tốn năng lượng cho quá trình tự nó. Thay vì sử dụng các chất hấp thụ lỗ rỗng truyền thống, họ tạo ra một cấu trúc tinh thể được kích hoạt bởi ánh sáng mặt trời và nhạy cảm với tia tử ngoại (UV). Cái “cốc nước không bao giờ hết” này có thể thu thập nước từ không khí mà không cần chi phí bên ngoài.

MOF là gì?
Đây là khung kim loại hữu cơ (Metal‑Organic Frameworks – MOFs) – vật liệu trong đó các nguyên tử kim loại tạo thành đỉnh của lưới, và giữa chúng được kết nối bởi các phân tử hữu cơ. Khi các liên kết kim loại bị phá vỡ, chúng được thay thế bằng hữu cơ, tạo ra những khoang rỗng nội bộ khổng lồ. Những “hộp” này có thể điều chỉnh kích thước phù hợp với phân tử cần giữ: chúng chỉ giữ lại những chất vật lý có thể vừa vào trong đó. Nhờ vậy MOFs được sử dụng để thu nhận CO₂, các khí độc hại và thậm chí là các chất hữu ích.

Cách hoạt động của vật liệu mới
Các nhà khoa học tại Iowa đã thêm một phản ứng đặc biệt cho MOF thông thường khi tiếp xúc với tia UV:

1. Không có ánh sáng – lưới phân tử dày đặc, không có khoang để nước.
2. Sau khi được chiếu tia tử ngoại – cấu trúc thay đổi hình dạng, mở ra những hang nhỏ mắt kính.
3. Phân tích cấu trúc X‑ray cho thấy sự hiện diện của các phân tử nước trong những khoang mới này.

Như vậy, vật liệu “được kích hoạt” bởi ánh sáng mặt trời: khi chưa được chiếu sáng, nó không có nước; khi tiếp xúc với ánh sáng, lỗ rỗng mở ra và nước được hấp thụ.

Kết quả thử nghiệm phòng thí nghiệm
- Độ ẩm – trong điều kiện phòng thí nghiệm, MOF giữ khoảng 5 % nước so với khối lượng của chính nó.
- So sánh với các hệ thống tốt nhất – hiện vẫn thấp hơn một số hệ thống MOF đã có, nhưng đây chỉ là xác nhận nguyên tắc hoạt động.

Triển vọng
Thí nghiệm này chứng minh khả năng tạo ra những chất hấp thụ “thông minh”, không chỉ đơn giản hút độ ẩm mà còn được kích hoạt bởi ánh sáng mặt trời. Điều này mở đường cho sự phát triển tiếp theo của vật liệu và nâng cao hiệu quả sử dụng thực tiễn trong điều kiện hạn chế nguồn năng lượng.