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与传统多孔材料相比,无孔材料U-Squ-CP具有更加致密的晶格堆积和结构稳定性,在材料合成上也更为简便。中科院高能物理研究所石伟群课题组发展了一类可实现逐级水分子吸附/解吸的无孔配位聚合物材料U-Squ-CP,并基于此材料发展了一种基于无孔材料的大气集水新策略。 水是生命不可或缺的物质,但随着全球环境的变化,加剧了水的分布不均,使得世界上2/3的人口面临着更加严重的缺水问题,因此需要寻求一个可行的方案来解决这一问题,而开发出具有优异大气集水(AWH)功能的材料是一个有效的解决方案。 在众多的具有大气集水(AWH)功能的材料中,多孔材料(如MOF)具有孔径大,可以提供更多的吸水位点等优势,广受青睐。但是,多孔材料所具备的高孔隙率、更多吸水位点等特点在实现优异大气集水(AWH)性能的同时,却往往不利于材料的高结构稳定性。与此同时,高孔隙率的骨架材料的合成条件往往比较复杂,难以大量制备,因此限制了其在大气集水(AWH)的实际使用。 鉴于以上难点,研究团队尝试从无孔材料上寻找突破口。在本工作中,研究团队选择方酸 (Squ2-)作为有机节点与硝酸铀酰配位,以增强材料的亲水性能,带正点的甲基紫精(MV2+)分子作为电荷平衡离子,通过简单的挥发法成功合成了无孔配位聚合物U-Squ-CP (图1)。有意思的是,化合物U-Squ-CP随着空气相对湿度的变化可以表现出奇特的连续吸水/解吸行为。更重要的是,这种无孔材料可以在低湿度(RH = 20%)的空气环境中吸附水蒸气,这是世界上大多数干旱地区湿度的典型水平。同时,良好的循环耐久性证明了其具有作为大气集水材料的潜力。本工作为无孔材料应用于大气集水(AWH)提供了新的方向,同时,作为一类锕系功能材料,也拓展此类材料在空气集水领域的应用。
图1. (a) 这项工作中使用的两种成分分别是方酸(Squ2-)和带正电荷的甲基紫素(MV2+);(b) 在湿度、温度外在条件改变下,无机材料U-Squ-CP逐步吸水/解吸行为,对应于不同吸水量的无水相和水合物相之间的可逆结构转变;(c) U-Squ-CP在湿度20、40、60和80 %的吸附水蒸气动力学实验;(d) 在298 K、20% 湿度条件下的水吸附/解吸循环实验 论文信息 Sequential Water Sorption/Desorption of a Nonporous Adaptive Organic Ligand Bridged Coordination Polymer for Atmospheric Moisture Harvesting Liao Meng, Dr. Jian-Hui Lan, Dr. Zhi-Wei Huang, Yang Liu, Dr. Kong-Qiu Hu, Prof. Li-Yong Yuan, Dr. Xin-Peng Wang, Prof. Zhi-Fang Chai, Prof. Lei Mei, Prof. Wei-Qun Shi Chemistry – A European Journal DOI: 10.1002/chem.202301929
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