IF 18.5！通过镍-硫化镍光热桥提高MIL-101(Cr)MOF吸附剂的大气取水性能并实现快速脱附

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金属有机框架(MOFs)已成为大气取水(AWH)的领先候选材料。尽管它们具有高水吸收容量,但在利用太阳能驱动脱附以收集水方面仍存在挑战。为解决这一问题,通过在热传导性镍网上原位生长Ni₃S₂涂层引入光热桥,增强了热向MOF的传递,加快了脱附动力学。体相MIL-101(Cr) MOF(BMOF)通过粘合剂与轻质Ni-Ni₃S₂网结合,形成双层Ni-Ni₃S₂网/BMOF组件。该复合材料在60%相对湿度(RH)下保持高水吸收量(≈0.63 g g⁻¹),并具有优异的吸附动力学。在1 kW m⁻²光照下,Ni-Ni₃S₂到BMOF的光热驱动热传递可在40分钟内实现完全脱附。与其他构型(如箔、颗粒和泡沫)相比,基于网状结构的复合材料具有最高的单循环吸脱附动力学,达3.18 × 10⁻³ g g⁻¹ min⁻¹。此外,该复合材料在50个循环中表现出优异的水热稳定性,并在气流中保持形态稳定,确保了性能的一致性。热传递模拟证实了Ni-Ni₃S₂网/BMOF的热分布,印证了快速均匀脱附的现象。这种方法通过太阳能增强脱附动力学,为高相对湿度、缺水地区的高效大气取水铺平了道路。

创新点:

1. 设计了镍-硫化镍光热桥结构,显著提高了MOF材料的脱附效率。

2. 开发了双层Ni-Ni₃S₂网/BMOF复合材料,实现了高水吸收容量和快速脱附。

3. 在保持高水吸收量的同时,大幅提升了吸脱附动力学性能。

4. 证实了该复合材料的长期稳定性和在气流中的形态稳定性。

对科研工作的启发:

1. 强调了材料界面设计在提升性能中的重要性,启发研究者关注复合材料的协同效应。

2. 展示了多学科交叉(如材料科学、热学、光学)在解决实际问题中的价值。

3. 突出了动力学过程在实际应用中的重要性,鼓励研究者关注材料的动态性能。

4. 体现了模拟与实验相结合的研究方法,为深入理解材料行为提供了新思路。

思路延伸:

1. 探索其他光热材料与MOF的组合,如石墨烯、碳纳米管等,进一步优化热传递效率。

2. 研究不同MOF结构对复合材料性能的影响,寻找最佳匹配。

3. 将此光热桥概念拓展到其他吸附-脱附系统,如气体分离、催化等领域。

4. 开发可调控的光热材料,实现对脱附过程的精确控制。

5. 结合原位表征技术,深入研究光热驱动脱附的微观机制。

6. 探索规模化生产技术,推动该材料在实际大气取水中的应用。

7. 研究环境因素(如温度、湿度、光照强度)对材料性能的影响,优化实际应用条件。

Enhancing Atmospheric Water Harvesting of MIL‐101 (Cr) MOF Sorbent with Rapid Desorption Enabled by Ni─Ni3S2 Photothermal Bridge

Adv. Funct. Mater. (IF 18.5)

Weicheng Chen 1,2,3 , Yangxi Liu 2 , Bolin Xu 1 , Bin Cheng 1 , Muthusankar Ganesan 1 , Yuxuan Tan 2 , Mingyun Luo 2 , Bingzhi Chen 2 , Xiaolong Zhao 3 , Ci Lin 3 , Tingting Qin 3 , Fan Luo 2 , Yutang Fang 2 , Shuangfeng Wang 2 , Xianghui Liang 2 , Wanwan Fu 4 , Bingqiong Tan 2 , Ruquan Ye 1 , Dennis Y.C. Leung 3 , Sai Kishore Ravi 1

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