Angew. Chem. :吸附型大气集水技术的设计原理与应用

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人口的增长、经济的发展和科技的进步对水的需求日益增长,而水资源的供需失衡为人类社会带来了严峻挑战。然而,由于地球上的水分布很不均匀,大部分需要天然水源或水运基础设施的水净化技术限制了它们在干旱和内陆地区的应用。从水体中蒸发的水蒸汽能够通过大气的环流在全球内广泛传播,因此,大气集水(AWH)是一种在空间或时间上都不受限制的、具有前途的技术,可实现去中心化的淡水生产,不受限于地理、天气和基础设施等因素。


近日,美国德克萨斯大学奥斯汀分校的余桂华教授团队受邀撰写了最新综述文章,总结了AWH 吸附剂设计和研究的最新进展,并阐明了控制水蒸汽捕获和释放过程的结构-性质-性能关系。作者总结了每种吸附剂的特点和局限性,包括传统的商用吸附剂,以及新兴的基于金属有机骨架MOF)、盐复合物以及高分子水凝胶的吸附剂材料,重点概述了设计高性能吸附剂的关键因素,以阐明优化的工作环境和模式。作者强调了控制吸水和放水行为的结构和性质之间的重要关系,并总结了包括结构调控、功能成分等的材料设计要点。同时,作者概述了吸附剂在水生产实际水生产中器件的设计要点,并讨论了吸附剂的应用拓展,包括除湿、热管理和农业灌溉。



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最后,作者从基础研究和实际应用出发,展望了实现下一代吸附剂所面临的挑战和机遇。该综述认为,在材料设计方面,表征技术和计算模拟的采用将有助于揭示结构-性质的关系,以加深对水-吸附剂相互作用的理解,和对材料设计带来更多启发。在性能测试方面,标准化的测试参数对于全面评估材料的AWH性能是必不可少的。在应用方面,AWH器件的设计应实现最大化内部能量利用,并且实现连续生产;吸附剂在跨领域的应用的探索应被积极鼓励,例如与热管理、农业灌溉、湿气发电等特性结合,以期激发更加激动人心的研究。

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文信息

Sorbents for Atmospheric Water Harvesting: from Design Principles to Applications

Wen Shi, Weixin Guan, Chuxin Lei, and Guihua Yu

文章的共同第一作者是美国德克萨斯大学奥斯汀分校的博士研究生施雯、关炜馨和雷楚昕。


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202211267


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