MOF обладают пустыми порами, которые адсорбируют, то есть отделяют, молекулы воды из воздуха. Профессор Лаура Гальярди из Притцкеровской школы молекулярной инженерии и химического факультета вместе с группой исследователей применила теоретические и вычислительные методы, чтобы выяснить, как работает материал на атомном уровне.
В результате команде ученых удалось разработать оптимизированный MOF, поглощающий на 50% больше воды из воздуха, чем его первоначальная версия. Результаты исследования были опубликованы в ACS Central Science.
Металлорганический каркас состоит из крошечных алюминиевых стержней, которые соединены между собой «линкерными» молекулами. Такая структура позволяет создать поры с чередующимися гидрофильными и гидрофобными карманами, то есть пространствами, которые связываются с водой и, напротив, избегают контакта с влагой.
Когда материал подвергается воздействию воздуха, молекулы естественным образом связываются с ним. Тогда к начальным молекулам воды присоединяются новые. В результате создается эффект «губки», наполненной водой. Ученые также предусмотрели вариант, при котором вода будет связываться с каркасом слишком сильно, из-за чего влагу не получится десорбировать, то есть «выдавить» из «губки». Справиться с этой проблемой помогли визуальные дизайнерские решения.
Смоделировав возможную форму материала на компьютере, специалисты выяснили, что к конструкции нужно добавить длинное «плечо» из двух атомов углерода. Это увеличивает размер пор, сохраняя водосвязывающие свойства.
Совместно с исследователями из Калифорнийского университета в Беркли чикагские ученые синтезировали такой материал. В перспективе он может быть использован при пошиве, например, армейской одежды, которая будет предназначаться для боев в засушливых районах.
«Надеюсь, мы продолжим эти открытия, которые в конечном итоге помогут людям улавливать воду в засушливом климате»,
заключила профессор Гальярди.
