I materiali chiamati carburi di metalli di transizione hanno proprietà notevoli che aprono nuove possibilità nella desalinizzazione dell'acqua e nel trattamento delle acque reflue. Un team KAUST ha trovato composti di metalli di transizione e carbonio, noto come MXenes ma pronunciato "maxenes, " può far evaporare efficacemente l'acqua utilizzando l'energia fornita dal sole.

Renyuan Li, un dottorato di ricerca studente presso KAUST, ha studiato un MXene in cui titanio e carbonio si combinano con la formula Ti3C2. "Questo è un materiale molto eccitante, ", ha affermato il Professore Associato Peng Wang, Supervisore di Li presso il Centro di desalinizzazione e riutilizzo dell'acqua KAUST.

Wang spiega che la sua eccitazione deriva dalla scoperta che il Ti3C2 può intrappolare l'energia della luce solare per purificare l'acqua mediante evaporazione con un'efficienza energetica che è "stato dell'arte". Dice che questo giustifica chiaramente una maggiore ricerca verso applicazioni pratiche.

Altri ricercatori avevano esplorato la capacità degli MXene di agire come materiali di schermatura elettromagnetica grazie alla loro capacità di assorbire lunghezze d'onda della radiazione elettromagnetica oltre la gamma visibile. Quindi la scoperta di KAUST è iniziata con una semplice domanda. "Abbiamo deciso di indagare, qual è l'interazione con questo MXene e la luce solare?" Ha spiegato Wang. Con l'attenzione del suo gruppo sulla tecnologia di desalinizzazione, usare l'energia del sole per convertire l'acqua in vapore era un obiettivo ovvio.

La prima osservazione del team KAUST è stata che Ti3C2 converte l'energia della luce solare in calore con un'efficienza del 100%. Importante anche, però, era che il sofisticato sistema sviluppato durante questa ricerca per misurare la conversione luce-calore ha mostrato che vari altri materiali, inclusi nanotubi di carbonio e grafene, anche raggiunto una conversione quasi perfettamente efficiente.

"Suggerisco che il focus del campo dovrebbe ora spostarsi dalla ricerca di nuovi materiali fototermici alla ricerca di applicazioni per i tanti perfetti che ora abbiamo, " ha detto Wang.

Per studiare le possibilità di MXene nella purificazione dell'acqua, i ricercatori hanno quindi fabbricato una membrana Ti3C2 sottile e flessibile che incorpora una barriera termica in polistirene per impedire la fuoriuscita di energia termica. Ciò ha creato un sistema in grado di galleggiare sull'acqua ed evaporare parte dell'acqua con un'efficienza dell'84% ai livelli di illuminazione della luce solare naturale.

Per Wang, la prossima sfida è come passare da questi risultati della ricerca di base verso applicazioni pratiche. Wang spera di superare quella che chiama "la barriera dell'efficienza dell'85%, "portare la depurazione fototermica dell'acqua in un nuovo territorio.

Oltre a massimizzare la capacità di intrappolamento della luce del sistema, i ricercatori vogliono studiare i modi per catturare il vapore acqueo e produrre un processo completo di purificazione dell'acqua. Wang è già in trattative con un potenziale partner industriale.