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原位杂化的二维MOFs纳米材料用于空气水捕获

In-Situ Hybridized 2D MOFs Nanosheets for Practical Atmospheric Water Harvesting

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【作者】 王聪张岚董慧马淑华罗洋辉

【Author】 Cong Wang;Lan Zhang;Hui Dong;Shu-Hua Ma;Yang-Hui Luo;School of Chemistry and Chemical Engineering,Southeast University;

【机构】 东南大学化学化工学院

【摘要】 二维MOFs纳米材料由于其原子级厚度、可调的结构和功能、充分暴露的活性位点及高度有序的孔洞排列,在智能响应[1]、气体吸附分离[2]、药物传递[3]、分析检测[4]、水污染处理[5]等方面显示了巨大的应用潜力。当前,二维MOFs纳米材料的发展应用主要受三个方面的限制:(1)高通量制备技术;(2)制备及应用过程中的稳定性;(3)最佳应用领域探索。环境大气湿度是一个免费的可持续水源。实现对空气中水分的高效捕获,一方面,将有效缓解全球淡水资源短缺问题,实现变废为宝;另一方面,将达到对空气湿度的调控,为人类活动和生活居住提供舒适的空间,从而达到"一石二鸟"的挑战目标。超薄二维MOFs纳米材料拥有超高的比表面积、优异的表面物理吸附能力及海绵状化学结构,有望构建理想的空气水捕获材料。在本工作中,两种不同的二维MOFs纳米材料通过原位杂化,构筑了具有超强空气水捕获能力的二维范德华异质节(2D-Zn/2D-Co),其作为超强引湿材料(Fig.1),在自然环境中空气水捕获量达自身重量的658%,且捕获水可以在自然阳光(30-35℃)的触发下快速释放,实现了一种具有同时湿度捕获、原位液化和快速释放的户外大气集水策略。这一工作拓展了二维MOFs纳米材料的应用领域,也为新一代超强引湿材料的开发提供了参考。

【Abstract】 Atmospheric water harvesting(AWH) can not only meet the globe escalating demand for freshwater,but also promote suitable living space for human comfort,thus achieving the challenge goal of "one stone two birds".Here in this work,an in-situ hybridized herto-2 D MOFs nanosheets 2 D-Zn/2 D-Co,which featured with functionalities of simultaneously humidity capturing,in-situ liquefaction and fast water release,has been demonstrated to serve as super hygroscopic material for practical energy-free AWH in natural conditions.These attractive performances can be attribute to the synergistic effect between hetero-2 D nanosheets,which extend the physical interactions between 2 D nanosheets and water molecules from nanoscale to macroscopic scale,reaching an un-precedented value of water adsorption by over 658% of its own weight,accompanied by dramatical color change,and the subsequent water desorption process can be triggered by natural sunlight(of about 30-35 ℃).As a consequence,an out-door AWH prototype have been established,which shown AWH capacity of about 3.62 g g-1 with efficiency of about 95 %.This work can provide promising strategy for developing novel hygroscopic material for humidity-related managements and advanced AWH systems.

  • 【会议录名称】 中国化学会第三届菁青论坛摘要手册
  • 【会议名称】中国化学会第三届菁青论坛
  • 【会议时间】2020-11-20
  • 【会议地点】中国辽宁大连
  • 【分类号】TB383.1
  • 【主办单位】中国化学会青年化学工作者委员会
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