陈志杰研究员课题组Chem：面向水吸附相关应用的金属有机框架（MOFs）材料最新进展

  近日，我系陈志杰研究员课题组以Metal-organic frameworks for water vapor adsorption为题在Chem上发表综述论文，总结了面向水吸附相关应用的金属有机框架（MOFs）材料最新进展，展望了这一新兴领域的未来发展方向，包括在化学和材料科学、工艺工程以及基于MOFs的水吸附装置的商业化潜力。

  与水吸附有关的应用如，水收集器、吸附热泵和湿度泵等，已受到广泛关注。然而当前的水吸附剂普遍存在吸附能力低或再生温度高等问题，限制了它们的实际应用。MOFs材料具有高孔性、高比表面积和结构可调控的特点使得它们在水吸附领域显示出巨大的应用潜力。尤其是MOFs的水吸附性质（如吸附量、吸附拐点等）能够通过网格化调控，为发展具有不同应用场景的水吸附应用装置奠定了基础。

  作者首先介绍了水吸附的相关概念，包括水吸附曲线的形状、水吸附机理以及MOFs在水体系中稳定性的问题。根据软硬酸碱理论，硬路易斯碱与硬路易斯酸或者软路易斯碱与软路易斯酸倾向于形成更强的配位键。例如，羧酸配体与高价的铬(III)、铝(III)和锆(IV)金属离子组装得到的UiO-66、MIL-101(Cr)和MOF-303等MOFs具有较高的水稳定性。除此之外，使用高连接的金属簇结构单元、疏水性配体、和穿插的框架结构也能提高MOFs的水稳定性。

图1.代表性MOFs的晶体结构以及它们的水吸附性能

  基于这些水稳定MOFs，作者进一步归纳总结了这些MOFs水吸附性能的调控策略，包括配体的延长和功能化、引入水吸附作用位点以及后合成等。特别强调了网格化学在调控水吸附性能方面的重要作用。

图2 配体修饰策略调控水吸附性能

图3 引入水相互作用位点调控水吸附性能

图4后合成修饰调控水吸附性能

  除此之外，作者也介绍了水吸附应用的最新进展，包括空气集水、吸附式热泵、室内湿度的自动化控制以及天然气除湿等。

  综述最后，作者从化学和材料设计、工艺工程以及商业化三个方面对该领域的未来发展提出了自己的看法。希望这篇综述能为化学家提供基本的理论指导，启发相关领域的研究者合成出具有更好吸水性能的MOFs等固态多孔材料。

  该论文的第一署名单位为浙江大学化学系，陈志杰研究员课题组的博士后史乐为本文第一作者，陈志杰研究员和美国西北大学Omar Farha教授为本文共同通讯作者。

文 字：陈志杰研究员课题组

编 辑：黄珍珍、张维娅

审 核：林旭锋

终 审：丁立仲