化学家和工程师寻找获取水的创新方法，包括凭空抽取水。现在，芝加哥大学的研究人员找到了一种提取更多水的方法。

2021年，普利兹克分子工程学院和化学系的Laura Gagliardi教授是一个跨机构团队的一员，该团队开发了一种从空气中提取水的新设备。关键的创新是一种称为金属 - 有机框架的设计材料，这是一种金属离子和有机接头的混合结构，可以在分子水平上进行调整。

MOF具有空孔结构，可吸附空气中的水分子。Gagliardi和她的团队使用理论和计算方法来更好地了解材料在原子水平上的工作原理。

现在，Gagliardi的团队帮助指导了优化MOF的设计，该MOF从空气中吸收的水比以前的版本多50%。这些材料最终将被整合到一个设备中，以展示这种可能改变游戏规则的技术。

“这是一个真正的突破，”加利亚尔迪说。“这表明理论，建模和预测可以指导新实验和新技术。该研究发表在ACS Central Science上。

虽然最初的MOF效果很好，但该团队希望通过增加材料的孔隙体积来改进它，但同时保持与水相似的结合强度。MOF框架由由“接头”分子连接的微小铝基棒组成。这种结构产生的孔隙由交替的亲水(水结合)和疏水(避水)口袋衬里。

这些口袋非常适合水的初始结合——当MOF暴露在空气中时，水分子自然地与它结合。一旦最初的水分子被结合，那么以下分子就会附着在最初的水分子上。

结果是充满水的“海绵”。但研究人员希望增加孔隙体积(这将为从空气中提取更多水留出空间)，同时仍然保持吸引初始水分子所需的特殊环境。该团队还必须在设计中找到正确的最佳平衡点：水需要与MOF结合，但不能太强，否则它永远不会解吸(从海绵中挤出)。

Gagliardi的团队进行了计算机模拟，以找到最终的答案：添加特殊的接头延伸，本质上是由两个碳原子制成的结构上的长臂，这将增加孔径，同时保留MOF最初具有的特殊水结合特性。

他们与加州大学伯克利分校的实验学家合作，确保以相对较低的成本合成材料。该团队还包括明尼苏达大学，通用电气和柏林洪堡大学的研究人员，现在正在扩大这种新型MOF的生产，并将其整合到他们的原型集水设备中。如果它在设备中的工作效果与在实验室中一样好，这意味着该设备可以收集比以前更多的水。

“这是讨论，建模和实验的真正合作，”Gagliardi说。

接下来，该团队正在考虑对设计进行更多更改，并将集成机器学习，可以筛选他们通过建模和实验获得的数据，以提供新的改进建议。最终，该设备可用于帮助干旱地区的士兵或水资源匮乏地区的平民。

“希望我们将继续这些发现，最终帮助人们在干旱气候中捕获水，”她说。