近日，制冷與低溫工程研究所王如竹教授領(lǐng)銜的能源-空氣-水ITEWA創(chuàng)新團隊（Innovative Team for Energy, Water & Air）在能源材料領(lǐng)域期刊Nano Energy上發(fā)表了題目為“Metal-organic frameworks for energy conversion and water harvesting: a bridge between thermal engineering and material science”的交叉學(xué)科綜述論文。論文為彌合工程熱物理學(xué)科與材料科學(xué)學(xué)科之間，對于吸附劑金屬有機框架MOFs的設(shè)計與應(yīng)用之間的認識差距，分析了MOFs在制冷空調(diào)、能源轉(zhuǎn)換、空氣取水、海水淡化等方面的應(yīng)用，提出了用于上述途徑的MOFs材料的設(shè)計要求與評價指標(biāo)，分析了使用MOFs材料的上述系統(tǒng)規(guī)模化與大型化應(yīng)用可能存在的問題，并對MOFs從實驗室走向市場可能存在的挑戰(zhàn)與解決方式做出展望。涂耀東博士后為共同第一作者，王如竹教授為責(zé)任通訊作者。
目前，吸附能源轉(zhuǎn)換與利用技術(shù)在空調(diào)、熱泵、儲能、水收集等熱點領(lǐng)域的關(guān)注迅速提升，特別是在吸附式能量轉(zhuǎn)換、吸附式空氣取水和吸附式海水淡化與冷卻領(lǐng)域的研究，契合節(jié)能減排和碳中和總體目標(biāo)。這些技術(shù)的關(guān)鍵在于吸附劑的特性。近年來，具有特大比表面積和孔隙率、獨特吸附性能的金屬有機框架MOFs在吸附領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，這也使得材料學(xué)科的吸附劑材料設(shè)計與工程熱物理學(xué)科的應(yīng)用之間的聯(lián)系變得愈加緊密。但目前，MOFs的設(shè)計仍然未從實際應(yīng)用角度出發(fā)，工程熱物理學(xué)科的學(xué)者通常只能篩選大量的吸附材料進行應(yīng)用，不得不“削足適履”。
上海交通大學(xué)、日本九州大學(xué)及俄羅斯催化研究所的三個處于國際吸附能源應(yīng)用研究前沿的研究組，針對吸附劑MOF材料在能源轉(zhuǎn)換及水處理中存在的難題，進行了細致梳理，定義了不同應(yīng)用場景下理想吸附劑的特征，分析了當(dāng)前吸附劑存在的弊端，提供了識別潛在吸附劑實際應(yīng)用價值的理論模型。該綜述研究有望提高材料科學(xué)與熱學(xué)科間的共識，為MOFs材料用于吸附學(xué)科提供基本指導(dǎo)框架。
MOFs具有超高的比表面積和孔隙率，同時其結(jié)構(gòu)、有機配體與金屬團簇的多樣性可以帶來豐富可調(diào)節(jié)的吸附行為，在吸附式能源轉(zhuǎn)換、海水淡化與空氣取水技術(shù)方向的應(yīng)用前景廣闊，有助于材料科學(xué)和工程熱物理之間的跨學(xué)科領(lǐng)域合作。
王如竹教授領(lǐng)銜的ITEWA團隊，致力于解決能源、水、空氣領(lǐng)域的前沿基礎(chǔ)性科學(xué)問題和關(guān)鍵技術(shù)，旨在通過學(xué)科交叉實現(xiàn)材料-器件-系統(tǒng)層面的整體解決方案，推動相關(guān)領(lǐng)域取得突破性進展。近年來在Joule、Energy & Environmental Science、Advanced Material、Angewandte Chemie-International Edition、ACS Central Science、Energy Storage Materials、ACS Materials Letter 等國際期刊上發(fā)表系列跨學(xué)科交叉論文。
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.105946
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