【MOF吸水】：利用高容量、稳定的基于呋喃的金属有机框架从空气中提取水

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摘要：
加州大学Omar M. Yaghi老师和芝加哥大学Laura Gagliard老师团队报道的这篇文章中（J. Am. Chem. Soc. 2024, 146, 3, 2160–2166）合成了两种基于呋喃的同构金属有机框架(MOF)，MOF-LA2-1(furan)和MOF-LA2-2(furan)，作为大气水采集的吸附剂。这些铝基MOF表现出高水吸收能力和稳定性，分别在1.70 kPa的等压条件下展示出0.41和0.48 g水/gMOF的工作容量。特别值得注意的是，这两种MOF经过165个吸附-脱附循环后水吸收量几乎没有下降。研究表明，这些MOF在水稳定性方面表现出色，具有潜力用于高效的水采集。

研究背景：
1）当前全球正面临着水危机，特别是在干旱地区，缺乏地表或地下水资源。
2）金属有机框架(MOF)作为大气水采集的吸附剂是一种有前景的方法。
3）之前的研究表明，铝基MOF中使用棒状二次构建单元(SBUs)对于水采集具有优势。作者考虑使用“长臂延伸”策略增强铝基MOF的吸水性能。

实验部分：
1）合成了MOF-LA2-1(furan)和MOF-LA2-2(furan)。
2）使用了单晶X射线衍射(SCXRD)对MOF-LA2-2(furan)进行了表征。
3）进行了N2吸附测量，并计算了比表面积和孔容。
4）进行了水吸附实验，在25°C下观察到两种MOF的不同水吸收步骤。
5）进行了165个吸附-脱附循环实验，表明这两种MOF具有出色的水稳定性。

分析测试：
1）N2吸附实验结果显示，MOF-LA2-1(furan)和MOF-LA2-2(furan)具有较高的比表面积和孔容。
2）水吸附实验结果表明，MOF-LA2-1(furan)和MOF-LA2-2(furan)在25°C下分别具有0.47和0.57 g水/gMOF的总吸收量。
3）MOF-LA2-1(furan)和MOF-LA2-2(furan)的平均吸附热分别为53 kJ/mol和50 kJ/mol，与MOF-LA2-1(pyrazole)的51 kJ/mol相当。

总结：
1）成功合成了两种新的MOF，MOF-LA2-1(furan)和MOF-LA2-2(furan)，具有高水吸收能力和稳定性。
2）通过实验和理论计算，论证了这两种MOF在水稳定性方面的优势。
3）MOF-LA2-2(furan)是第一个使用双“长臂”延伸策略的铝基MOF。

展望：
1）未来的研究可以进一步探索MOF-LA2-1(furan)和MOF-LA2-2(furan)的水吸附机理。
2）考虑到N2吸附实验结果与理论值的差异，可以对二次吸附步骤进行更深入的研究。
3）对于水稳定性相关的机制，可以进一步优化MOF的设计，提高其长期水吸收稳定性。

Harvesting Water from Air with High-Capacity, Stable Furan-Based Metal–Organic Frameworks
文章作者：Ali H. Alawadhi, Saumil Chheda, Gautam D. Stroscio, Zichao Rong, Daria Kurandina, Ha L. Nguyen, Nakul Rampal, Zhiling Zheng, Laura Gagliardi*, and Omar M. Yaghi*
DOI：10.1021/jacs.3c11947
文章链接：https://doi.org/10.1021/jacs.3c11947