Material som kallas övergångsmetallkarbider har anmärkningsvärda egenskaper som öppnar nya möjligheter inom vattenavsaltning och avloppsvattenrening. Ett KAUST-team har hittat föreningar av övergångsmetaller och kol, känd som en MXenes men uttalas "maxenes, " kan effektivt avdunsta vatten med hjälp av ström från solen.

Renyuan Li, en Ph.D. student vid KAUST, har undersökt en MXene där titan och kol kombineras med formeln Ti3C2. "Det här är ett mycket spännande material, " sa docent Peng Wang, Lis handledare vid KAUST Water Desalination and Reuse Center.

Wang förklarar att hans upphetsning kommer från deras upptäckt att Ti3C2 kan fånga energin från solljus för att rena vatten genom avdunstning med en energieffektivitet som är "state of the art". Han säger att detta helt klart motiverar mer forskning mot praktiska tillämpningar.

Andra forskare hade undersökt förmågan hos MXenes att fungera som elektromagnetiska skärmningsmaterial på grund av deras förmåga att absorbera våglängder av elektromagnetisk strålning utanför det synliga området. Så KAUST-upptäckten började med en enkel fråga. "Vi bestämde oss för att undersöka vad är interaktionen med denna MXene och solljus?" förklarade Wang. Med sin grupps fokus på avsaltningsteknik, att använda solens energi för att omvandla vatten till ånga var ett självklart mål.

KAUST-teamets första observation var att Ti3C2 konverterar solljusets energi till värme med 100 % effektivitet. Också viktigt, dock, var att det sofistikerade systemet som utvecklades under denna forskning för att mäta ljus-till-värme-omvandling visade att olika andra material, inklusive kolnanorör och grafen, uppnådde också nästan perfekt effektiv konvertering.

"Jag föreslår att fokus på fältet nu ska gå bort från att hitta nya fototermiska material till att hitta tillämpningar för de många perfekta som vi nu har, " sa Wang.

För att undersöka MXenes möjligheter inom vattenrening, forskarna tillverkade sedan ett tunt och flexibelt Ti3C2-membran med en värmebarriär av polystyren för att förhindra att värmeenergin strömmar ut. Detta skapade ett system som kunde flyta på vatten och förånga en del av vattnet med 84 % effektivitet vid belysningsnivåer av naturligt solljus.

För Wang, nästa utmaning är hur man ska gå från denna grundforskning till praktiska tillämpningar. Wang hoppas kunna bryta igenom vad han kallar "barriären på 85 % effektivitet, " tar fototermisk rening av vatten till ett nytt territorium.

Förutom att maximera systemets ljusfångande kapacitet, forskarna vill undersöka sätt att fånga upp vattenångan och ge en komplett vattenreningsprocess. Wang är redan i samtal med en potentiell industriell partner.