MOF鼻祖Yaghi又发Science！

最近发现多孔金属有机框架可以提取沙漠中大气中的水来产生饮用水，这提出了这样一个问题，即此类MOF如何从干旱的空气中“提取”水并轻松释放水，特别是在分子层面？

事实上，MOF和合成晶体中水结构的演变备受追捧，但对吸水行为的充分机理理解仍然缺失。虽然其中一些结构中的水位置是用衍射技术确定的，但水结合点的填充机理要难得多，确定水的填充顺序一直具有挑战性，因为它需要高质量的数据和在每次吸水时收集这些数据的能力。了解MOF中的水行为机制应该有助于设计能够以更高的能源效率和生产力运行的集水系统。

美国加州大学伯克利分校的Omar M. Yaghi教授、柏林洪堡大学Joachim Sauer以及芝加哥大学的Laura Gagliardi等人在Science上发表最新成果，Evolution of water structures in metal-organicframeworks for improved atmosphericwater harvesting，来说明MOF中收集的水的结构的演化。

通过进行广泛的单晶X射线衍射测量和理论计算，作者破译了最优异的集水金属有机框架MOF-303的集水机理，通过使用单晶X射线衍射（SCXRD）定位其孔中的所有水分子，并确定填充这些位置的分子顺序。：第一个水分子与极性有机连接分子紧密结合，然后再吸收水分子形成孤立的水团簇，然后是通过团簇形成链结构，最后是水网络。

此前，MOF的无机位点被认为是最强的水结合点，通过实验和计算方法，作者发现极性有机连接分子在MOF-303中作为吸附位点起着主要作用，在那里它们对齐以形成“亲水口袋”，使第一批水分子紧密结合并进一步吸收水分子。

水结构的这种演变使作者可以通过多变量方法改变孔隙，从而精确地调节了第一批水分子的结合强度，并调节吸水行为。这导致了更高的水生产率，以及再生温度和焓的可调性，同时不影响容量和稳定性。

图文详情

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图1. MOF-303的吸附曲线与晶体结构

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图2. MOF-303中水吸附位点的晶体结构

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图3. MOF-303中水结构在增加荷载下的演化

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图4. 多元MOF系列的表征

文献信息

Hanikel et al.,Evolution of water structures in metal-organicframeworks for improved atmosphericwater harvesting. Science 374, 454–459 (2021)

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abj0890

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