Les matériaux appelés carbures de métaux de transition ont des propriétés remarquables qui ouvrent de nouvelles possibilités dans le dessalement de l'eau et le traitement des eaux usées. Une équipe KAUST a trouvé des composés de métaux de transition et de carbone, connu sous le nom de MXenes mais prononcé "maxenes, " peut évaporer efficacement l'eau en utilisant l'énergie fournie par le soleil.

Renyuan Li, un doctorat étudiant à KAUST, a étudié un MXene dans lequel le titane et le carbone se combinent avec la formule Ti3C2. "C'est un matériau très excitant, " a déclaré le professeur agrégé Peng Wang, Le superviseur de Li au centre de dessalement et de réutilisation de l'eau KAUST.

Wang explique que son enthousiasme vient de leur découverte que le Ti3C2 peut piéger l'énergie de la lumière du soleil pour purifier l'eau par évaporation avec une efficacité énergétique « à la pointe de la technologie ». Il dit que cela justifie clairement plus de recherche vers des applications pratiques.

D'autres chercheurs avaient exploré la capacité des MXenes à agir comme matériaux de blindage électromagnétique en raison de leur capacité à absorber les longueurs d'onde du rayonnement électromagnétique au-delà de la plage visible. La découverte de KAUST a donc commencé par une simple question. "Nous avons décidé d'enquêter, quelle est l'interaction avec ce MXene et la lumière du soleil ?", a expliqué Wang. Avec l'accent mis par son groupe sur la technologie de dessalement, utiliser l'énergie du soleil pour convertir l'eau en vapeur était un objectif évident.

La première observation de l'équipe KAUST était que le Ti3C2 convertit l'énergie de la lumière du soleil en chaleur avec une efficacité de 100 %. Important aussi, cependant, était que le système sophistiqué développé au cours de cette recherche pour mesurer la conversion lumière-chaleur a montré que divers autres matériaux, dont les nanotubes de carbone et le graphène, également obtenu une conversion presque parfaitement efficace.

"Je suggère que l'objectif du domaine devrait maintenant s'éloigner de la recherche de nouveaux matériaux photothermiques vers la recherche d'applications pour les nombreux parfaits que nous avons maintenant, " dit Wang.

Pour étudier les possibilités de MXene dans la purification de l'eau, les chercheurs ont ensuite fabriqué une membrane Ti3C2 mince et flexible incorporant une barrière thermique en polystyrène pour empêcher l'énergie thermique de s'échapper. Cela a créé un système qui pouvait flotter sur l'eau et évaporer une partie de l'eau avec une efficacité de 84 % aux niveaux d'éclairage de la lumière naturelle du soleil.

Pour Wang, le prochain défi est de savoir comment passer de ces résultats de recherche fondamentale à des applications pratiques. Wang espère franchir ce qu'il appelle « la barrière des 85 % d'efficacité, " emmenant la purification photo-thermique de l'eau dans un nouveau territoire.

En plus de maximiser la capacité de piégeage de la lumière du système, les chercheurs veulent étudier des moyens de capturer la vapeur d'eau et de produire un processus complet de purification de l'eau. Wang est déjà en pourparlers avec un partenaire industriel potentiel.