【MOF-841】多孔金属有机框架及相关材料的水吸附性能研究

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摘要：
研究提出多孔材料水吸附的三大关键标准，通过对比23种材料（含20种MOF）的性能，发现MOF-801-P和MOF-841表现最优，兼具水稳定性、循环吸附能力和室温再生特性， diffraction研究揭示了其吸附位点及水分子间相互作用机制。

研究背景：
行业问题：沸石再生能耗高，介孔材料需高湿度吸附，现有MOF吸附性能难兼顾低压吸附、高容量与循环稳定性。
本文创新：设计合成Zr基MOF，通过调控孔径和拓扑结构，实现低压下快速吸附，无需高温再生。

实验部分：
材料合成：以ZrOCl₂·8H₂O为金属源，与多种羧酸配体通过溶剂热法合成10种Zr基MOF（含7种新MOF）。
活化处理：经溶剂交换（甲醇/丙酮）和超临界CO₂活化，真空干燥获得活性样品。
吸附测试：在25℃下进行水吸附/脱附循环实验，部分材料测试不同温度（15-55℃）下的吸附等温线。

分析测试：
结构表征：XRD确定晶体结构，MOF-801-P为立方晶系（Pn-3），孔径4.8-7.4 Å；BET比表面积990 m²/g。
吸附性能：MOF-801-P在P/P₀=0.1时吸水率22.5 wt%，MOF-841在P/P₀=0.3时吸水率44 wt%，均稳定循环5次。
机理探究：中子衍射发现5个吸附位点，水分子通过氢键形成簇状结构，优化吸附过程。

总结：
主要结果：MOF-801-P和MOF-841满足三大吸附标准，性能优于传统材料。
创新突破：首次实现Zr基MOF低压高容量水吸附，阐明孔径与氢键作用的关键影响。
潜在意义：为热电池、沙漠取水等应用提供高效吸附材料。

Water Adsorption in Porous Metal-Organic Frameworks and Related Materials
文章作者：Hiroyasu Furukawa, Felipe Gándara, Yue-Biao Zhang, et al.
DOI：10.1021/ja500330a
文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/ja500330a

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