När den globala befolkningen växer, färskvattenförsörjning är dyrare än någonsin. Medan forskare och ingenjörer vet hur man renar vatten, att göra dessa metoder hållbara och energieffektiva är en annan fråga.

En lovande metod är soldriven destillation, eller solånggenerering, som kan hjälpa oss att få färskt vatten från avloppsvatten eller havsvatten. Forskare har använt denna metod för att framgångsrikt destillera små partier renat vatten, men de letar fortfarande efter ett sätt att göra detta i stor skala.

Forskare vid University of Chicagos Pritzker School of Molecular Engineering och UChicago-anslutna Argonne National Laboratory var en del av ett team som utvecklade en banbrytande ny metod för solångångsgenerering som kan hjälpa till att föra denna teknik till den verkliga världen. Materialen kan odlas ovanpå trä, tyg eller svampar i en enkel, enstegsprocess, och visa löfte för storskalig tillverkning.

"Genereringstekniker för solånga är fortfarande mest inriktade på användning av laboratorier nu, "sade Zijing Xia, en doktorand vid Pritzker Molecular Engineering och huvudförfattare till forskningen. "Vi vill hitta ett enkelt sätt att tillverka solånga ånggeneratorer till relativt låg kostnad."

Resultaten av deras innovativa arbete publicerades nyligen i tidskriften Avancerade material Gränssnitt.

I sökandet efter solångsystem, forskare har redan provat olika material som omvandlar ljus till värme, såsom kolmaterial, plasmoniska metaller och halvledare. Men många av dessa alternativ har relativt låg effektivitet, bland andra utmaningar, och så fortsätter sökningen efter en verkligt transformativ metod.

En högpresterande solånggenerator kombinerar idealiskt flera egenskaper. Det ska vara flytande på vatten, kunna absorbera ett brett spektrum av ljus, omvandla ljus till värme effektivt och kunna överföra den värmen till vatten. Tyvärr, många tidigare studerade metoder saknar den porösa strukturen som behövs för att underlätta värmeöverföringen till vatten.

"De flesta befintliga metoder kan inte enkelt konstrueras för att producera ånggenererande enheter med både godtycklig kontroll över formen och hög fototermisk effektivitet, "Sa Xia.

Det som skiljer Xia -metoden från är användningen av en porfyrinkovalent organisk ram, eller POF. En nyupptäckt materialklass, POF kan växa enhetligt på ytan av en mängd olika material med olika porositet, och de visar hög prestanda för avdunstning av vatten. POF har också unika ljusskördskarakteristika som är fördelaktiga för nya applikationer.

I labbet, POF växte framgångsrikt på de inre och yttre ytorna på varje testat material. Och varje mall visade gynnsamma fototermiska egenskaper, vilket indikerar att POF-baserade material är lovande kandidater för generering av solånga. POF -membranet kunde fånga mer än 95 procent av ljuset över majoriteten av solens spektrum.

Det mest lovande resultatet av forskningen, Xia sa, var POF:s förmåga att växa på ytan av många olika typer av material, inklusive membran, tyger, svampar och trä. Träet visade särskilt stark prestanda, med forskare som mäter ungefär 80 procent ljus-till-ånga-konverteringseffektivitet.

POF:s förmåga att växa på många typer av material gör dem lätt anpassningsbara för användning med lokalt tillgängliga material. Denna mångsidighet, i kombination med det enkla, tillverkningsprocess i ett steg, skulle kunna göra metoden praktisk för storskalig produktion.

Det POF-baserade tillvägagångssättet visade sig vara mycket effektivt i laboratorier, och forskargruppen planerar att genomföra ytterligare experiment utanför labbet för att observera POF:s praktiska prestanda.

Än så länge, forskningen tyder på att POF kan hjälpa till att driva framtidens hållbara vattenreningssystem.

"POF-baserad gränssnittsteknisk design visar löften för storskaliga reningsmetoder, och den kan också användas för avsaltning, avloppsrening och vidare, "Sa Xia.