爱荷华大学研发光控晶体材料 实现大气取水

从空气中提取水分并非新鲜概念，但传统技术往往依赖电力、制冷设备或复杂机械，能耗高且维护成本不菲。近日，美国爱荷华大学（University of Iowa）的化学研究团队开辟了一条新路径：他们开发了一种三维晶体网格材料，在紫外线照射下发生化学结构重组，形成能够吸附并锁住环境水分子的微腔室。

光致记忆金属有机框架

该新材料属于金属有机框架（Metal-Organic Frameworks，简称MOFs）类别。这是一类由金属原子通过有机连接桥键合而成的三维多孔结构材料。该技术早在20世纪90年代便被提出，其先驱者更在2025年荣获诺贝尔化学奖。爱荷华大学团队构建了一种由镉原子和两种有机分子组成的MOF材料。在初始状态下，该材料内部几乎没有可用的孔隙空间。其内置的连接桥键呈平行线状，由于柔性过高，难以自发形成稳定的多孔结构。

紫外线作为结构开关

突破性的进展来自于紫外线的照射。研究发现，紫外线能促使连接桥分子重新排列成X形构型。从三维视角观察，这一变化在材料内部形成了大量微小的空腔，每个空腔恰好能容纳两个水分子。研究人员通过X射线衍射分析证实，在照射后的新鲜空腔中确实捕获到了水分子。爱荷华大学化学副教授伦纳德·麦克吉利弗莱（Leonard MacGillivray）表示：“当我们用X射线衍射观察晶体内部结构时，发现其中含有水分。”目前，这种充满水的网格材料可储存约为其质量5%的水分。

智能 harvesting 与未来挑战

研究团队将这一过程称为“智能取水”，因为水分子的捕获是由外部刺激（紫外线）精准触发的。由于太阳光中天然含有紫外线，该过程无需额外的外部能源供应。该论文的第一作者、博士生内文迪·萨马拉拉特纳·穆汉迪拉姆盖（Nevindee Samararathne Muhandiramge）指出：“下一步的目标是确定吸水能力的极限，并尽可能将其提高。”这种晶体网格在充满水后仍可运输，并在需要时释放水分。由于结构具有自组装特性，理论上具备规模化生产的潜力。然而，要实现实际应用，必须首先将概念验证中使用的有毒镉元素替换为更安全的金属。相关研究成果已发表在《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）上。

这一突破展示了材料科学在解决资源短缺问题上的巨大潜力。对于中国新能源材料与环保技术领域的从业者而言，虽然目前该材料仍面临重金属毒性及规模化制备的挑战，但其“光控结构转变”的设计思路值得借鉴。随着国内对MOFs材料研究的深入，若能结合本土优势开发无毒、高稳定性的替代框架，并探索其在干旱地区或应急供水场景中的应用，有望在绿色取水技术领域占据先机。