愛荷華大學一隊化學家開發出一種光激活晶體結構，能從空氣中抽取水份並儲存於奈米級腔體內，提供大氣水份收集的新方法。這種物料由金屬有機框架（MOFs）構成，這些多孔結構是由金屬原子與有機分子連結而成。今次研究人員設計了一種晶格，最初並無可用於儲存水份的腔體。突破發生在結構暴露於紫外光時，光線引發晶體內部化學重排，重塑其內部架構並產生能捕捉空氣中水份分子的微小腔體。
研究人員表示，此過程將物料轉化為一種固態水份收集器，僅需陽光即可運作，無需外部電源或複雜機械。
研究團隊利用 X 射線繞射在微觀層面觀察此效應，發現光照後新形成腔體內已存在水份分子。
光線開啟水份陷阱
「我們發現並驗證了一種只需陽光即可捕捉及儲存水份的方法，」化學系兼任教授兼前系主任 Leonard MacGillivray 表示。「你可以運送晶格，並最終按需釋放水份。這就是其重大進步所在。」研究人員指，物料行為取決於紫外光引發的結構轉變。MOF 內的有機連結劑重排成新配置，打開作為水份分子儲存點的空間。系統在實驗室條件下可儲存約其重量的 5% 水份。雖然單晶層面數量不多，但研究人員相信擴大架構可大幅提升整體水份捕捉潛力。
研究團隊認為，此概念有助開發適用於嚴重缺水地區的新水份收集技術。「我們使用『智能』一詞，是因為我們有意利用光線觸發水份捕捉，」研究生 Nevindee Samararathne Muhandiramge 表示。「紫外光可從太陽免費獲得。下步將確定水份吸收質量百分比的極限，並盡力推動其提升。」研究人員亦指出，晶體可自行組裝，有利未來大規模生產物料。不過，他們提醒目前版本仍屬概念驗證。
物料使用鎘作為測試元素，實用部署前需替換為更安全替代品。研究人員表示，未來工作將聚焦提升水份吸收效率，並測試系統在實驗室外環境的可靠性。此研究為水份收集物料開闢新方向，結合結構化學與環境響應，僅以陽光作為能量輸入。研究論文《Photo capture of water by single crystals of a nonporous metal−organic material》刊登於《Journal of the American Chemical Society》。