【原】南京大学朱嘉&徐凝Nat. Nanotechnol.：MOF衍生纳米多孔碳用于太阳能驱动大气水收集！

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研究内容

太阳能驱动、吸附式大气收集水(AWH)为干旱地区淡水短缺可提供一种经济有效的解决策略。生产能够每天进行多次吸附-解吸循环的AWH设备，对于提高产水速度以满足人类用水需求至关重要。然而，由于吸附剂的水吸附-解吸动力学缓慢，在被动收集设备中实现快速循环AWH一直具有挑战性。有必要系统地探索结构因素对水在吸附剂中扩散的各个步骤的影响，以设计和制备能够快速循环，从而获得更高水收率的纳米孔材料。

 

南京大学朱嘉教授和徐凝报道了一种MOF衍生的纳米多孔碳，具有快速扩散的水通道和优良的光热性能，以实现高产量的太阳能驱动的AWH。在30%RH的条件下，以太阳能为唯一能量输入，可获得了0.18 L kgcarbon-1 h-1的高产水率。相关研究工作以“High-yield solar-driven atmospheric water harvesting of metal-organic-framework-derived nanoporous carbon with fast-diffusion water channels”为题发表在国际著名期刊Nature Nanotechnology上。

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研究要点

要点1. 作者首先揭示了主要结构因素对吸附动力学的影响。理论模拟表明，优化后的纳米孔碳具有40%的吸附位点密度和1.0 nm的孔径，其整体扩散阻力最小，具有最佳的吸附动力学。

要点2. 碳质吸附剂表现出快速解吸动力学，使有效的太阳热加热和高导热。

要点3. 作者进一步选择了卤化铜MOF([Cu(4,4′-bipy)2Cl2]n)作为前驱体材料，开发了一种蒸汽选择性蚀刻方法来精确控制吸附剂的结构。制备了一种基于MOF衍生纳米多孔碳的被动型快速循环收水器，在30% RH的条件下，以太阳能为唯一能量输入，获得了0.18 L kgcarbon-1 h-1的高产水率。

该研究提出的设计策略有助于开发用于先进淡水发电系统的高产、太阳能驱动的AWH。

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研究图文

图1. 水蒸气在纳米多孔碳中的扩散过程。

图2. 蒸汽选择性刻蚀法制备MOF纳米多孔碳的结构和组成分析。

图3. 所得纳米多孔碳的AWH性能及操作稳定性。

图4.实际AWH。

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文献详情

High-yield solar-driven atmospheric water harvesting of metal–organic-framework-derived nanoporous carbon with fast-diffusion water channels

Yan Song, Ning Xu ,* Guoliang Liu, Heshan Qi, Wei Zhao, Bin Zhu, Lin Zhou, Jia Zhu *

Nat. Nanotechnol.

DOI: 10.1038/s41565-022-01135-y