研究人员构建了一种晶体，能利用阳光在微观空腔中捕获空气中的水分子。
爱荷华大学的一组化学家开发出一种光激活晶体结构，可从空气中汲取水分并将其储存在纳米级空腔内，为大气集水提供了一种新思路。
该材料由金属有机框架（MOF）构成，这是一种通过金属原子与有机分子连接而成的多孔结构。在这项研究中，研究人员设计了一种初始时没有可用储水空腔的晶格。
当这种结构暴露在紫外线下时，突破出现了。光引发了晶体内部的化学重排，重塑了其内部构造，并形成能够捕获空气中水分子的微小空腔。
研究人员表示，这一过程将材料转变成一种固态集水器，仅靠太阳光即可工作，无需外部电源或复杂机械。
研究团队利用X射线衍射在微观尺度上观察到了这一效应，揭示出在光照后，新形成的空腔内已经存在水分子。
光打开水分陷阱
“我们发现并验证了一种仅需阳光就能捕获和储存水的方法，”化学系兼职教授、前系主任伦纳德·麦吉利夫雷说，“你可以运输这种晶格，并最终按需释放水分。正因如此，这是一项重大进步。”
研究人员表示，该材料的行为取决于紫外线引发的结构转变。MOF内部的有机连接子重新排列成一种新的构型，开辟出充当水分子储存位点的空间。
在实验室条件下，该系统能储存约占自身重量5%的水。虽然这一数值在单晶层面并不算高，但研究人员相信，将这种架构放大，有望显著提升整体集水潜力。
太阳驱动的水收集
研究团队认为，这一概念有助于为面临严重水资源短缺的地区开发新的集水技术。
“我们之所以用‘智能’这个词，是因为我们有意借助光来触发集水过程，”研究生研究员内文迪·萨马拉拉特讷·穆汉迪拉姆格说，“太阳光可以免费提供紫外线。因此，下一步将是确定以质量百分比计算的水吸收极限，并尽可能推动这一极限。”
研究人员还指出，这种晶体能够自组装，未来有可能实现该材料的大规模生产。
不过，他们提醒说，目前的版本仍只是概念验证。该材料用镉作为测试元素，在实际应用前需要用更安全的替代品来替换。
研究人员表示，未来的工作将侧重于提高集水效率，并测试该系统能否在受控实验室条件之外可靠运行。
这项研究为集水材料指明了一个新方向，将结构化学与环境响应性融为一体，仅以阳光作为能量输入。
该研究《非多孔金属有机材料单晶的光致捕获水》发表于《美国化学会志》。
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