In this work, we investigate the water capture process for functionalized carbon nanocones (CNCs) through molecular dynamic simulations in the following three scenarios: a single CNC in contact with a reservoir containing liquid water, a single CNC in contact with a water vapor reservoir, and a combination of more than one CNC in contact with vapor. We found that water flows through the nanocones when in contact with the liquid reservoir if the nanocone tip presents hydrophilic functionalization. In contact with steam, we observed the formation of droplets at the base of the nanocone only when hydrophilic functionalization is present. Then, water flows through in a linear manner, a process that is more efficient than that in the liquid reservoir regime. The scalability of the process is tested by analyzing the water flow through more than one nanocone. The results suggest that the distance between the nanocones is a fundamental ingredient for the efficiency of water harvesting.
REFERENCES
1.
M. F.
Chaplin
, Biochem. Mol. Biol. Educ.
29
, 54
(2001
).2.
M. M.
Mekonnen
and A. Y.
Hoekstra
, Sci. Adv.
2
, e1500323
(2016
).3.
A. M.
Mapulanga
and H.
Naito
, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.
116
, 8249
(2019
).4.
M.
Milano
, E.
Reynard
, G.
Muniz-Miranda
, and J.
Guerrin
, Water
10
, 1517
(2018
).5.
S.
Desbureaux
and A.-S.
Rodella
, World Dev.
114
, 13
(2019
).6.
D.
Verner
, Reducing Poverty, Protecting Livelihoods, and Building Assets in a Changing Climate
, edited by D.
Verner
(The World Bank
, 2010
).7.
H.
Jarimi
, R.
Powell
, and S.
Riffat
, Int. J. Low-Carbon Technol.
15
, 253
(2020
).8.
J. Y.
Wang
, J. Y.
Liu
, R. Z.
Wang
, and L. W.
Wang
, Appl. Therm. Eng.
127
, 1608
(2017
).9.
D. P.
Ura
, J.
Knapczyk-Korczak
, P. K.
Szewczyk
, E. A.
Sroczyk
, T.
Busolo
, M. M.
Marzec
, A.
Bernasik
, S.
Kar-Narayan
, and U.
Stachewicz
, ACS Nano
15
, 8848
(2021
).10.
A.
LaPotin
, H.
Kim
, S. R.
Rao
, and E. N.
Wang
, Acc. Chem. Res.
52
, 1588
(2019
).11.
L.
Zhong
, L.
Zhu
, J.
Li
, W.
Pei
, H.
Chen
, S.
Wang
, A.
Razaa
, A.
Khan
, Y.
Hou
, and Y.
Zheng
, Mol. Syst. Des. Eng.
6
, 986
(2021
).12.
P. S.
Brown
and B.
Bhushan
, Philos. Trans. R. Soc. A
374
, 135
(2016
).13.
L.
Al-Ghussain
, Environ. Prog. Sustainable Energy
38
, 13
(2019
).14.
Y.
Tu
, R.
Wang
, Y.
Zhang
, and J.
Wang
, Joule
2
, 1452
(2018
).15.
H.
Bai
, C.
Zhang
, Z.
Long
, H.
Geng
, T.
Ba
, Y.
Fan
, C.
Yu
, K.
Li
, M.
Cao
, and L.
Jiang
, J. Mater. Chem. A
6
, 20966
(2018
).16.
X.
Dai
, N.
Sun
, S. O.
Nielsen
, B. B.
Stogin
, J.
Wang
, S.
Yang
, and T.-S.
Wong
, Sci. Adv.
4
, eaaq0919
(2018
).17.
X.
Wang
, J.
Zeng
, X.
Yu
, C.
Liang
, and Y.
Zhang
, Appl. Surf. Sci.
465
, 986
(2019
).18.
M.
Cao
, J.
Xiao
, C.
Yu
, K.
Li
, and L.
Jiang
, Small
11
, 4379
(2015
).19.
M.
De Marzio
, G.
Camisasca
, M. M.
Conde
, M.
Rovere
, and P.
Gallo
, J. Chem. Phys.
146
, 084505
(2017
).20.
J.
Engstler
and N.
Giovambattista
, J. Chem. Phys.
157
, 064701
(2022
).21.
X.
Qin
, Q.
Yuan
, Y.
Zhao
, S.
Xie
, and Z.
Liu
, Nano Lett.
11
, 2173
–2177
(2011
).22.
H. R.
Corti
, G. A.
Appignanesi
, M. C.
Barbosa
, J. R.
Bordin
, C.
Calero
, G.
Camisasca
, M. D.
Elola
, G.
Franzese
, P.
Gallo
, A.
Hassanali
, K.
Huang
, D.
Laria
, C. A.
Menéndez
, J. M.
Montes de Oca
, M. P.
Longinotti
, J.
Rodriguez
, M.
Rovere
, D.
Scherlis
, and I.
Szleifer
, Eur. Phys. J. E
44
, 136
(2021
).23.
J. K.
Holt
, H. G.
Park
, Y.
Wang
, M.
Stadermann
, A. B.
Artyukhin
, C. P.
Grigoropoulos
, A.
Noy
, and O.
Bakajin
, Science
312
, 1034
(2006
).24.
M. H.
Köhler
, J. R.
Bordin
, L. B.
da Silva
, and M. C.
Barbosa
, Physica A
490
, 331
(2018
).25.
J. R.
Bordin
and M. C.
Barbosa
, Physica A
467
, 137
(2017
).26.
J.
Hassan
, G.
Diamantopoulos
, D.
Homouz
, and G.
Papavassiliou
, Nanotechnol. Rev.
5
, 341
(2016
).27.
P.
Sarapat
, N.
Thamwattana
, B. J.
Cox
, and D.
Baowan
, J. Math. Chem.
58
, 1650
–1662
(2020
).28.
W.
Li
, W.
Wang
, Y.
Zhang
, Y.
Yan
, P.
Král
, and J.
Zhang
, Carbon
129
, 374
(2018
).29.
M.
Razmkhah
, A.
Ahmadpour
, M. T. H.
Mosavian
, and F.
Moosavi
, Desalination
407
, 103
(2017
).30.
Z.
Zhou
, T.
Gao
, S.
McCarthy
, A.
Kozbial
, S.
Tan
, D.
Pekker
, L.
Li
, and P. W.
Leu
, Carbon
152
, 474
(2019
).31.
S.
Ozden
, L.
Ge
, T. N.
Narayanan
, A. H. C.
Hart
, H.
Yang
, S.
Sridhar
, R.
Vajtai
, and P. M.
Ajayan
, ACS Appl. Mater. Interfaces
6
, 10608
(2014
).32.
Y.
Song
, N.
Xu
, G.
Liu
, H.
Qi
, W.
Zhao
, B.
Zhu
, L.
Zhou
, and J.
Zhu
, Nat. Nanotechnol.
17
, 857
(2022
).33.
U.
Legrand
, D.
Klassen
, S.
Watson
, A.
Aufoujal
, B.
Nisol
, R.
Boudreault
, K. E.
Waters
, J.-L.
Meunier
, P.-L.
Girard-Lauriault
, M. R.
Wertheimer
, and J. R.
Tavares
, Ind. Eng. Chem. Res.
60
, 12923
(2021
).34.
A.
Barati Farimani
and N. R.
Aluru
, J. Phys. Chem. B
115
, 12145
(2011
).35.
M. H.
Köhler
, J. R.
Bordin
, C. F.
de Matos
, and M. C.
Barbosa
, Chem. Eng. Sci.
203
, 54
(2019
).36.
W.
Li
, W.
Wang
, X.
Zheng
, Z.
Dong
, Y.
Yan
, and J.
Zhang
, Comput. Mater. Sci.
136
, 60
(2017
).37.
M.
Curcio
, G.
Cirillo
, F.
Saletta
, F.
Michniewicz
, F. P.
Nicoletta
, O.
Vittorio
, S.
Hampel
, and F.
Iemma
, J. Carbon Res.
7
, 3
(2020
).38.
W.
Li
, Y.
Yan
, M.
Wang
, P.
Král
, C.
Dai
, and J.
Zhang
, J. Phys. Chem. Lett.
8
, 435
–439
(2017
).39.
W.
Li
, W.
Wang
, Q.
Hou
, Y.
Yan
, C.
Dai
, and J.
Zhang
, Phys. Chem. Chem. Phys.
20
, 27910
(2018
).40.
F. R.
Leivas
and M. C.
Barbosa
, Beilstein J. Nanotechnol.
14
, 1
(2023
).41.
T. A.
Schaub
, Angew. Chem., Int. Ed.
59
, 4620
(2020
).42.
C.
Pagura
, S.
Barison
, C.
Mortalò
, N.
Comisso
, and M.
Schiavon
, Nanosci. Nanotechnol. Lett.
4
, 160
(2012
).43.
D.
Voiry
, G.
Pagona
, E. D.
Canto
, L.
Ortolani
, V.
Morandi
, L.
Noé
, M.
Monthioux
, N.
Tagmatarchis
, and A.
Penicaud
, Chem. Commun.
51
, 5017
(2015
).44.
N.
Karousis
, I.
Suarez-Martinez
, C. P.
Ewels
, and N.
Tagmatarchis
, Chem. Rev.
116
, 4850
(2016
).45.
S.
Zhu
and G.
Xu
, Nanoscale
2
, 2538
(2010
).46.
K. H.
Jensen
, A. X. C. N.
Valente
, and H. A.
Stone
, Phys. Fluids
26
, 052004
(2014
).47.
S.
Mondal
, I. M.
Griffiths
, and G. Z.
Ramon
, J. Membr. Sci.
588
, 117166
(2019
).48.
W.
Huang
, Z.
Wang
, F.
Xie
, H.
Ding
, W.
Li
, X.
Liang
, X.
Ma
, and Z.
Xu
, Desalination
538
, 115909
(2022
).49.
J. P.
Kleinubing Abal
and M. C.
Barbosa
, J. Chem. Phys.
154
, 134506
(2021
).50.
Y.
Chen
, Y.
Li
, Y.
Li
, J.
Guo
, S.
Li
, and S.
Zhang
, ACS Appl. Mater. Interfaces
13
, 59329
(2021
).51.
J. L. F.
Abascal
, E.
Sanz
, and C.
Vega
, Phys. Chem. Chem. Phys.
11
, 556
(2009
).52.
A.
Chandra
and P.
Keblinski
, J. Chem. Phys.
153
, 124505
(2020
).53.
A.
Rokoni
and Y.
Sun
, J. Chem. Phys.
153
, 144706
(2020
).54.
C.
Vega
, J. L. F.
Abascal
, and I.
Nezbeda
, J. Chem. Phys.
125
, 034503
(2006
).55.
I. N.
Tsimpanogiannis
, O. A.
Moultos
, L. F.
Mercier Franco
, M. B.
de M. Spera
, M.
Erdos
, and I. G.
Economou
, Mol. Simul.
45
, 425
(2018
).56.
C.
Vega
and E.
de Miguel
, J. Chem. Phys.
126
, 154707
(2007
).57.
J.
Alejandre
and G. A.
Chapela
, J. Chem. Phys.
132
, 014701
(2010
).58.
A.
Krishnan
, E.
Dujardin
, M. M. J.
Treacy
, J.
Hugdahl
, S.
Lynum
, and T. W.
Ebbesen
, Nature
388
, 451
(1997
).59.
J. L. F.
Abascal
and C.
Vega
, J. Chem. Phys.
123
, 234505
(2005
).60.
C.
Vega
and J. L. F.
Abascal
, Phys. Chem. Chem. Phys.
13
, 19663
(2011
).61.
V.
Vinš
, D.
Celný
, B.
Planková
, T.
Němec
, M.
Duška
, and J.
Hrubý
, EPJ Web Conf.
114
, 02136
(2016
).62.
J.
Losey
, S. K.
Kannam
, B. D.
Todd
, and R. J.
Sadus
, J. Chem. Phys.
150
, 194501
(2019
).63.
J. P. K.
Abal
and M. C.
Barbosa
, Phys. Chem. Chem. Phys.
23
, 12075
(2021
).64.
B. H. S.
Mendonça
, P.
Ternes
, E.
Salcedo
, A. B.
de Oliveira
, and M. C.
Barbosa
, J. Chem. Phys.
152
, 024708
(2020
).65.
J. R.
Bordin
, A.
Diehl
, M. C.
Barbosa
, and Y.
Levin
, Phys. Rev. E
85
, 031914
(2012
).66.
D. N.
de Freitas
, B. H. S.
Mendonça
, M. H.
Köhler
, M. C.
Barbosa
, M. J. S.
Matos
, R. J. C.
Batista
, and A. B.
de Oliveira
, Chem. Phys.
537
, 110849
(2020
).© 2023 Author(s). Published under an exclusive license by AIP Publishing.
2023
Author(s)
You do not currently have access to this content.