MOF材料解决沙漠缺水难题！

作者：张馨予

近日，science报道了美国加州大学伯克利分校的Omar M. Yaghi教授课题组、德国柏林洪堡大学的Joachim Sauer教授课题组和美国芝加哥大学的Laura Gagliardi教授课题组通过单晶X射线衍射测量和密度泛函理论计算，分析MOF-303的水分子填充机制。

虽然用衍射技术可以确定一些多孔材料中水分子的位置，但是确定水分子的填充顺序一直是一个挑战。Hanikel等人使用单晶x射线衍射来确定MOF-303孔隙中所有水分子在不同水负荷下的位置。他们利用水分子吸附序列上的信息来修改MOF的连接物，并控制不同温度条件下潮湿空气的集水性能。

图1. MOF-303的吸脱附曲线和晶体结构

本文通过进行一系列单晶x射线衍射测量和密度泛函理论计算，解释了最先进的集水金属有机骨架MOF-303的充水机理。第一个水分子与极性有机连接物紧密结合；然后是额外的水分子形成孤立的团簇，然后是团簇链，最后是水网络。水结构的这种演变导致我们通过多元方法修改孔隙，从而精确调节第一个水分子的结合强度，并有意塑造吸水行为。这导致了更高的水生产率，以及再生温度和焓的可调性，而不会影响容量和稳定性。

在空气中含有大量的水，而在沙漠和半沙漠空气中也是如此。从空气中吸取水份相对容易，但最大的挑战是通风系统，而该材料可以在没有高能源成本的情况下释放水份。

Nikita Hanikel et al.Evolution of water structures in metal-organic frameworks for improved atmospheric water harvesting.Science 374, 2021, 454-459.

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abj0890