Lille enhed griber mere solenergi for hurtigere at desinficere vand

I mange dele af verden, den eneste måde at gøre kimvand sikkert på er ved at koge, som bruger ædle brændstoffer, eller ved at lægge det ud i solen i en plastflaske, så ultraviolette stråler vil dræbe mikroberne. Men fordi UV -stråler kun bærer 4 procent af solens samlede energi, UV -metoden tager seks til 48 timer, begrænse mængden af ​​vand, mennesker kan desinficere på denne måde.

Nu har forskere ved Department of Energy's SLAC National Accelerator Laboratory og Stanford University skabt en nanostruktureret enhed, omkring halvdelen af ​​størrelsen på et frimærke, der desinficerer vand meget hurtigere end UV -metoden ved også at gøre brug af den synlige del af solspektret, som indeholder 50 procent af solens energi.

I forsøg rapporteret i dag i Naturnanoteknologi , sollys, der faldt på den lille enhed, udløste dannelsen af ​​hydrogenperoxid og andre desinficerende kemikalier, der dræbte mere end 99,999 procent af bakterierne på bare 20 minutter. Da deres arbejde var udført, dræbte dræberkemikalierne hurtigt, efterlader rent vand.

"Vores enhed ligner et lille rektangel af sort glas. Vi tabte det bare i vandet og lagde alt under solen, og solen gjorde alt arbejdet, "sagde Chong Liu, hovedforfatter til rapporten. Hun er en postdoktoral forsker i laboratoriet i Yi Cui, en SLAC/Stanford lektor og efterforsker med SIMES, Stanford Institute for Materials and Energy Sciences på SLAC.

Nanoflake vægge og ivrige elektroner

Under et elektronmikroskop ligner enhedens overflade et fingeraftryk, med mange tætte linjer. Disse linjer er meget tynde film - forskerne kalder dem "nanoflakes" - af molybdendisulfid, der er stablet på kanten, som vægge i en labyrint, oven på et rektangel af glas.

I det almindelige liv, molybdendisulfid er et industrielt smøremiddel. Men ligesom mange materialer, det får helt andre egenskaber, når det laves i lag med kun et par atomer tykke. I dette tilfælde bliver det til en fotokatalysator:Når den rammes af indgående lys, mange af dets elektroner forlader deres sædvanlige steder, og både elektronerne og de "huller", de efterlader, er ivrige efter at deltage i kemiske reaktioner.

Ved at lave deres molybdendisulfidvægge i den helt rigtige tykkelse, forskerne fik dem til at absorbere hele spektret af synligt sollys. Og ved at toppe hver lille væg med et tyndt lag kobber, som også fungerer som en katalysator, de var i stand til at bruge det sollys til at udløse de reaktioner, de ønskede - reaktioner, der producerer "reaktive iltarter" som hydrogenperoxid, et almindeligt brugt desinfektionsmiddel, som dræber bakterier i det omgivende vand.

Molybdendisulfid er billigt og let at lave - en vigtig overvejelse ved fremstilling af apparater til udbredt brug i udviklingslande, Sagde Cui. Det absorberer også en meget bredere vifte af solbølgelængder end traditionelle fotokatalysatorer.

Løsning af forureningsproblemer

Metoden er ikke en helbredelse; for eksempel, det fjerner ikke kemiske forurenende stoffer fra vand. Indtil videre er det blevet testet på kun tre bakteriestammer, selvom der ikke er nogen grund til at tro, at det ikke ville dræbe andre bakteriestammer og andre typer mikrober, såsom vira. Og det er kun blevet testet på bakterier blandet med vand i laboratoriet, ikke på de komplekse gryderetter af forurenende stoffer, der findes i den virkelige verden.

Stadig, "Det er meget spændende at se, at man ved at designe et materiale kan opnå en god præstation. Det virker virkelig, "sagde Liu, der har arbejdet videre med et projekt i Kuis laboratorium, der udvikler luftfiltre til bekæmpelse af smog. "Vores intention er at løse miljøforureningsproblemer, så mennesker kan leve bedre."