介孔材料的热转换功能

Water Adsorption Characteristics of MIL-101 for Heat-Transformation Applications of MOFs

寻找可持续的产生能量的途径是目前很热门也很重要的一项研究。而水的吸附和脱附的过程就可以被利用来转换能量。

多孔材料具有很大的比表面积,为大量的吸附/脱附过程提供了可能。MIL-101是一种金属-有机骨架结构(metal-organic framework)的多孔材料,孔径尺寸也比较大。杜塞尔多夫大学的C.Janiak所领导的研究小组同弗莱堡夫琅和费太阳能系统研究所的S. Henninger合作研究了这种材料对水的吸附特性以及在水(蒸气)环境下的稳定性,研究结果发表在最近的Eur. J. Inorg. Chem上。

金属-有机骨架结构的MIL-101为具有晶体结构的介孔材料(mesoporous material),其孔径可以达到3.4nm。研究者们将它用来做热泵(heat pump)或者吸附冷却剂(adsorption chiller),如图中所示。水的脱附过程会带走热量,从而达到冷却的效果;而当水蒸气凝结并吸附到孔壁上时,又能够放出热量。对于该系统的效率来说,吸附和脱附的难易程度以及该材料对水(蒸气)的稳定性是关键因素。MIL-101可以吸附比它自身重量还要大的水,它的孔径及孔道结构使得水分子可以很快地扩散,从而有效地发生吸附或者脱附。而且经过40次的吸附/脱附循环之后,它对水的吸附能力仅有微弱的降低,对氮气的吸附能力则没有变化。

该研究表明MIL-101是目前最有效的用来进行冷却、热泵或者热存储的金属-有机骨架结构的吸附剂。每克MIL-101可以吸附约1克的水,而且在水(蒸气)环境下经过多次循环后仍保持结构的稳定。

C. Janiak et al., Eur. J. Inorg. Chem.; DOI: 10.1002/ejic.201001156

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