<p>優(yōu)化后的材料比以前的版本多吸50%的水，顯示出幫助干旱氣候的潛力</p> <p><br />化學(xué)家和工程師找到了獲取水的創(chuàng)新方法，包括從稀薄的空氣中提取水。現(xiàn)在，芝加哥大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種提取更多水的方法。</p> <p>&nbsp;</p> <p>2021年，普利茲克分子工程學(xué)院和化學(xué)系的Laura Gagliardi教授參與了一個(gè)跨機(jī)構(gòu)團(tuán)隊(duì)，開發(fā)了一種從空氣中提取水的新設(shè)備。關(guān)鍵的創(chuàng)新是一種被稱為金屬-有機(jī)框架的設(shè)計(jì)材料，這是一種金屬離子和有機(jī)鏈接劑的混合結(jié)構(gòu)，可以在分子水平上進(jìn)行調(diào)節(jié)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>MOFs有一種空孔結(jié)構(gòu)，可以吸附空氣中的水分子。Gagliardi和她的團(tuán)隊(duì)使用理論和計(jì)算方法來(lái)更好地理解材料在原子水平上是如何工作的。</p> <p>&nbsp;</p> <p>現(xiàn)在，Gagliardi的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)幫助指導(dǎo)了一種優(yōu)化的MOF的設(shè)計(jì)，它比以前的版本從空氣中吸附的水多50%。這種材料最終將被整合到一個(gè)設(shè)備中，以展示這種可能改變游戲規(guī)則的技術(shù)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;這是一個(gè)真正的突破，&rdquo;Gagliardi說(shuō)。&ldquo;這表明，理論、建模和預(yù)測(cè)可以指導(dǎo)新的實(shí)驗(yàn)和新技術(shù)。&rdquo;這項(xiàng)研究發(fā)表在《ACS中央科學(xué)》雜志上。</p> <p>&nbsp;</p> <p>Laura Gagliardi教授</p> <p><img src="https://news.uchicago.edu/sites/default/files/styles/full_width/public/images/2023-03/Laura%20Gagliardi.png?itok=uxW_h99D" alt="Prof Laura Gagliardi " width="305" height="405" />&nbsp;<br />Laura Gagliardi教授和她的團(tuán)隊(duì)幫助指導(dǎo)了這種材料的設(shè)計(jì)。</p> <p><br />雖然最初的MOF效果很好，但該團(tuán)隊(duì)希望通過(guò)增加材料的孔隙體積來(lái)改進(jìn)它，但同時(shí)保持與水的結(jié)合強(qiáng)度相似。MOF框架由微小的鋁基棒組成，由&ldquo;連接器&rdquo;分子連接。這種結(jié)構(gòu)形成了由交替的親水(水結(jié)合)和疏水(水避免)口袋組成的孔隙。</p> <p>&nbsp;</p> <p>當(dāng)MOF暴露在空氣中時(shí)，水分子就會(huì)自然地與它結(jié)合在一起。一旦最初的水分子結(jié)合在一起，接下來(lái)的分子就會(huì)附著在最初的水分子上。</p> <p>&nbsp;</p> <p>結(jié)果就是一塊充滿水的&ldquo;海綿&rdquo;。但研究人員希望增加孔隙體積(這將為從空氣中提取更多的水留出空間)，同時(shí)仍然保持吸引初始水分子所需的特殊環(huán)境。該團(tuán)隊(duì)還必須在設(shè)計(jì)中找到合適的最佳位置:水需要與MOF結(jié)合，但不能太強(qiáng)烈，否則它永遠(yuǎn)不會(huì)被解吸(從海綿中擠出)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>Gagliardi的團(tuán)隊(duì)通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬找到了最終的答案:添加特殊的連接器擴(kuò)展，本質(zhì)上是由兩個(gè)碳原子組成的結(jié)構(gòu)上的長(zhǎng)臂，這將增加孔隙大小，同時(shí)保留MOF最初具有的特殊水結(jié)合性能。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;希望我們能繼續(xù)這些發(fā)現(xiàn)，最終幫助人們?cè)诟珊禋夂蛑蝎@取水。&rdquo;</p> <p><br />教授。Laura Gagliardi，普利茲克分子工程學(xué)院和化學(xué)系</p> <p><br />教授。Laura Gagliardi，普利茲克分子工程學(xué)院和化學(xué)系教授。Laura Gagliardi，普利茲克分子工程學(xué)院和化學(xué)系</p> <p><br />他們與加州大學(xué)伯克利分校的實(shí)驗(yàn)人員合作，以確保這種材料能以相對(duì)較低的成本合成。該團(tuán)隊(duì)還包括明尼蘇達(dá)大學(xué)、通用電氣公司和柏林洪堡大學(xué)的研究人員，他們目前正在擴(kuò)大這種新型MOF的產(chǎn)量，并將其納入他們的原型集水裝置中。如果它在設(shè)備中工作得和在實(shí)驗(yàn)室中一樣好，這意味著該設(shè)備可以比以前收集更多的水。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;這是一次真正的討論、建模和實(shí)驗(yàn)的合作，&rdquo;Gagliardi說(shuō)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>接下來(lái)，該團(tuán)隊(duì)正在考慮對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行更多的修改，并將集成機(jī)器學(xué)習(xí)，可以篩選他們通過(guò)建模和實(shí)驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)，為改進(jìn)提供新的建議。最終，該設(shè)備可以用于幫助在干旱地區(qū)作戰(zhàn)的士兵或在缺水地區(qū)的平民。</p> <p>&nbsp;</p> <p>她說(shuō):&ldquo;希望我們能繼續(xù)這些發(fā)現(xiàn)，最終幫助人們?cè)诟珊禋夂蛳芦@取水。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>本文最初發(fā)表于普利茲克分子工程學(xué)院網(wǎng)站。</p> <p>&nbsp;</p> <blockquote> <p>注：本文由院校官方新聞直譯，僅供參考，不代表指南者留學(xué)態(tài)度觀點(diǎn)。</p> </blockquote>