與傳統(tǒng)多孔材料相比，無孔材料U-Squ-CP具有更加致密的晶格堆積和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，在材料合成上也更為簡便。中科院高能物理研究所石偉群課題組發(fā)展了一類可實現(xiàn)逐級水分子吸附/解吸的無孔配位聚合物材料U-Squ-CP，并基于此材料發(fā)展了一種基于無孔材料的大氣集水新策略。
水是生命不可或缺的物質(zhì)，但隨著全球環(huán)境的變化，加劇了水的分布不均，使得世界上2/3的人口面臨著更加嚴(yán)重的缺水問題，因此需要尋求一個可行的方案來解決這一問題，而開發(fā)出具有優(yōu)異大氣集水(AWH)功能的材料是一個有效的解決方案。
在眾多的具有大氣集水(AWH)功能的材料中，多孔材料（如MOF）具有孔徑大，可以提供更多的吸水位點等優(yōu)勢，廣受青睞。但是，多孔材料所具備的高孔隙率、更多吸水位點等特點在實現(xiàn)優(yōu)異大氣集水(AWH)性能的同時，卻往往不利于材料的高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。與此同時，高孔隙率的骨架材料的合成條件往往比較復(fù)雜，難以大量制備，因此限制了其在大氣集水(AWH)的實際使用。
鑒于以上難點，研究團隊嘗試從無孔材料上尋找突破口。在本工作中，研究團隊選擇方酸 (Squ2-)作為有機節(jié)點與硝酸鈾酰配位，以增強材料的親水性能，帶正點的甲基紫精(MV2+)分子作為電荷平衡離子，通過簡單的揮發(fā)法成功合成了無孔配位聚合物U-Squ-CP (圖1)。有意思的是，化合物U-Squ-CP隨著空氣相對濕度的變化可以表現(xiàn)出奇特的連續(xù)吸水/解吸行為。更重要的是，這種無孔材料可以在低濕度(RH = 20%)的空氣環(huán)境中吸附水蒸氣，這是世界上大多數(shù)干旱地區(qū)濕度的典型水平。同時，良好的循環(huán)耐久性證明了其具有作為大氣集水材料的潛力。本工作為無孔材料應(yīng)用于大氣集水(AWH）提供了新的方向，同時，作為一類錒系功能材料，也拓展此類材料在空氣集水領(lǐng)域的應(yīng)用。
圖1. (a) 這項工作中使用的兩種成分分別是方酸(Squ2-)和帶正電荷的甲基紫素(MV2+)；(b) 在濕度、溫度外在條件改變下，無機材料U-Squ-CP逐步吸水/解吸行為，對應(yīng)于不同吸水量的無水相和水合物相之間的可逆結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變；(c) U-Squ-CP在濕度20、40、60和80 %的吸附水蒸氣動力學(xué)實驗；(d) 在298 K、20% 濕度條件下的水吸附/解吸循環(huán)實驗 論文信息 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
