Bruger sollys til det maksimale

Materialer kaldet overgangsmetalkarbider har bemærkelsesværdige egenskaber, der åbner nye muligheder inden for vandafsaltning og spildevandsbehandling. Et KAUST -team har fundet forbindelser af overgangsmetaller og kulstof, kendt som en MXenes, men udtales "maxenes, " kan effektivt fordampe vand ved hjælp af strøm fra solen.

Renyuan Li, en ph.d. studerende på KAUST, har undersøgt en MXene, hvor titanium og carbon kombineres med formlen Ti3C2. "Dette er et meget spændende materiale, " sagde lektor Peng Wang, Lis vejleder ved KAUST Vandafsaltnings- og genbrugscenter.

Wang forklarer, at hans begejstring kommer fra deres opdagelse af, at Ti3C2 kan fange sollysets energi for at rense vand ved fordampning med en energieffektivitet, der er "state of the art". Han siger, at dette klart begrunder mere forskning i retning af praktiske anvendelser.

Andre forskere havde undersøgt MXenes evne til at fungere som elektromagnetiske afskærmningsmaterialer på grund af deres evne til at absorbere bølgelængder af elektromagnetisk stråling ud over det synlige område. Så KAUST -opdagelsen begyndte med et simpelt spørgsmål. "Vi besluttede at undersøge, hvad er interaktionen med denne MXene og sollys? "forklarede Wang. Med sin gruppes fokus på afsaltningsteknologi, at bruge solens energi til at omdanne vand til damp var et oplagt mål.

KAUST-teamets første observation var, at Ti3C2 konverterer sollysets energi til varme med 100 % effektivitet. Også vigtigt, imidlertid, var, at det sofistikerede system, der blev udviklet under denne forskning til at måle lys-til-varme-konvertering, viste, at forskellige andre materialer, herunder kulnanorør og grafen, opnåede også næsten perfekt effektiv konvertering.

"Jeg foreslår, at fokus på feltet nu skal bevæge sig væk fra at finde nye fototermiske materialer til at finde anvendelser for de mange perfekte, vi nu har, " sagde Wang.

For at undersøge MXenes muligheder inden for vandrensning, forskerne fremstillede derefter en tynd og fleksibel Ti3C2-membran med en varmebarriere af polystyren for at forhindre varmeenergien i at slippe ud. Dette skabte et system, der kunne flyde på vandet og fordampe noget af vandet med 84 % effektivitet ved belysningsniveauer af naturligt sollys.

For Wang, den næste udfordring er, hvordan man bevæger sig fra denne grundforskning til praktiske anvendelser. Wang håber at bryde igennem, hvad han kalder "85% effektivitetsbarrieren, " tager fototermisk rensning af vand ind i nyt territorium.

Ud over at maksimere systemets lysindfangningskapacitet, forskerne ønsker at undersøge måder at opfange vanddampen og give en komplet vandrensningsproces. Wang er allerede i forhandlinger med en potentiel industriel partner.