In veel delen van de wereld, de enige manier om kiemwater veilig te maken is door te koken, die kostbare brandstof verbruikt, of door het in een plastic fles in de zon te leggen, zodat ultraviolette stralen de microben zullen doden. Maar omdat UV-stralen slechts 4 procent van de totale energie van de zon dragen, de UV-methode duurt zes tot 48 uur, het beperken van de hoeveelheid water die mensen op deze manier kunnen desinfecteren.

Nu hebben onderzoekers van het SLAC National Accelerator Laboratory van het Department of Energy en de Stanford University een nanogestructureerd apparaat gemaakt, ongeveer half zo groot als een postzegel, dat water veel sneller desinfecteert dan de UV-methode door ook gebruik te maken van het zichtbare deel van het zonnespectrum, die 50 procent van de zonne-energie bevat.

In experimenten die vandaag zijn gerapporteerd in Natuur Nanotechnologie , zonlicht dat op het kleine apparaatje viel, veroorzaakte de vorming van waterstofperoxide en andere desinfecterende chemicaliën die in slechts 20 minuten meer dan 99,999 procent van de bacteriën doodden. Toen hun werk gedaan was, verdwenen de dodelijke chemicaliën snel, zuiver water achterlatend.

"Ons apparaat ziet eruit als een kleine rechthoek van zwart glas. We hebben het gewoon in het water laten vallen en alles onder de zon gezet, en de zon deed al het werk, " zei Chong Liu, hoofdauteur van het rapport. Ze is een postdoctoraal onderzoeker in het laboratorium van Yi Cui, een SLAC/Stanford universitair hoofddocent en onderzoeker bij SIMES, het Stanford Institute for Materials and Energy Sciences bij SLAC.

Nanoflake-wanden en enthousiaste elektronen

Onder een elektronenmicroscoop ziet het oppervlak van het apparaat eruit als een vingerafdruk, met veel dicht bij elkaar liggende lijnen. Die lijnen zijn zeer dunne films - de onderzoekers noemen ze "nanoflakes" - van molybdeendisulfide die op de rand zijn gestapeld, als de muren van een labyrint, bovenop een rechthoek van glas.

In het gewone leven, molybdeendisulfide is een industrieel smeermiddel. Maar zoals veel materialen, het krijgt heel andere eigenschappen als het wordt gemaakt in lagen van slechts een paar atomen dik. In dit geval wordt het een fotokatalysator:wanneer het wordt geraakt door invallend licht, veel van zijn elektronen verlaten hun gebruikelijke plaatsen, en zowel de elektronen als de "gaten" die ze achterlaten, staan ​​te popelen om deel te nemen aan chemische reacties.

Door hun molybdeendisulfidewanden in precies de juiste dikte te maken, de wetenschappers lieten ze het volledige bereik van zichtbaar zonlicht absorberen. En door elke kleine muur te bedekken met een dun laagje koper, die ook als katalysator werkt, ze waren in staat om dat zonlicht te gebruiken om precies de reacties op gang te brengen die ze wilden - reacties die "reactieve zuurstofsoorten" produceren, zoals waterstofperoxide, een veelgebruikt ontsmettingsmiddel, die bacteriën in het omringende water doden.

Molybdeendisulfide is goedkoop en gemakkelijk te maken - een belangrijke overweging bij het maken van apparaten voor wijdverbreid gebruik in ontwikkelingslanden, zei Cui. Het absorbeert ook een veel breder bereik van zonnegolflengten dan traditionele fotokatalysatoren.

Vervuilingsproblemen oplossen

De methode is geen wondermiddel; bijvoorbeeld, het verwijdert geen chemische verontreinigende stoffen uit het water. Tot nu toe is het getest op slechts drie bacteriestammen, hoewel er geen reden is om aan te nemen dat het andere bacteriestammen en andere soorten microben niet zou doden, zoals virussen. En het is alleen getest op bacteriën gemengd met water in het lab, niet op de complexe stoofschotels van verontreinigingen die in de echte wereld worden gevonden.

Nog altijd, "Het is heel opwindend om te zien dat je door alleen een materiaal te ontwerpen een goede prestatie kunt bereiken. Het werkt echt, " zei Liu, die is gaan werken aan een project in het lab van Cui dat luchtfilters ontwikkelt om smog tegen te gaan. "Het is onze bedoeling om de problemen met milieuvervuiling op te lossen, zodat mensen een beter leven kunnen leiden."