干旱地区，尤其是沙漠地区，由于极端气候条件和水资源短缺，对新鲜水资源的需求迫切。传统的大气水收集（AWH）技术在低湿度条件下效率不高，因此需要开发新型材料以提高水收集效率。

  日前，苏州大学郭思宇副教授、严锋教授团队合成了一系列iCOFs，表现出在低湿度下高效的水蒸气吸附能力，尤其是TB-COF-Li，其吸附容量达到了0.24 g g^-1。此外，TB-COF-Li的蒸发焓显著低于散装水，能在60℃下快速脱附吸附的水。开发的iCOFs，特别是TB-COF-Li，为干旱地区提供了一种高效的大气水收集技术。

COF材料制备与孔道水态调节

图1(a) TB-COF-X和TpPa-SO₃-X（X=H、Li、Na、K）的合成示意图。(b) AWH装置的拆卸图（铜片：涂有黑漆的铜片，NF：泡沫镍）。(c) AWH流程图（低湿度吸附，在阳光照射下释放水蒸气，冷凝收集）。

  研究者们发现在COFs孔道内引入金属阳离子可以有效的利用孔道内磺酸基团的亲水位点以及金属离子的水合作用，共同促进水分子的吸收，研究者们在298 K下进行水蒸气吸附测试，量化TB-COF-X和TpPa-SO₃-X的集水能力。在0-5%的相对湿度下，与其他COF结构相比，这些iCOFs对水蒸气的吸附效果显著。这是由于金属离子的强烈水化相互作用，增强了COF通道内第一层水分子的附着力。当相对湿度为21%时，TB-COF-Li表现出310.4 cm³ g^-1的孔隙填充容量，最终达到671.3 cm³ g^-1的最大容量。

图2(a-b)TB-COF-X和TpPa-SO₃-X的水蒸气吸附曲线。(c)TB-COF-X和TpPa-SO₃-X孔道中IW与FW的比率。(d)散装水、TB-COF-X和TpPa-SO₃-X的蒸发焓。(e)TB-COF-Li和TpPa-SO₃-Li在22%RH下的水吸附曲线。(f)TB-COF-Li和TpPa-SO₃-Li在60和80℃下的解吸曲线。

图3(a)TB-COF-Li中不同的水态分布。(b-c)TB-COF-X和TpPa-SO₃-X的ζ电位。(d)装置的水蒸气吸附过程。(e)装置的水蒸气解吸过程。

集水材料装置实测

图4(a)在1 kW/m2和1.5 kW/m2的阳光强度下，对集水装置不同点的温度进行热电偶测试（表面：铜片的上表面；顶部：装载有COFs的泡沫镍的顶部）。(b)TB-COF-Li的循环稳定性试验。(c)实用装置展示图。(d)实际测试期间的温度变化。(e)冷凝水滴随时间的变化。(f)收集水中的金属离子浓度。

  在集水装置完成组装后，研究者对其性能进行了测试，结果显示其在模拟太阳光/苏州地区的户外环境下均能完成良好的水蒸气吸脱附循环，表面铜片温度均能达到80℃以上，充分满足了TB-COF-Li的脱附要求。研究者对装置的水循环稳定性进行了进一步的测试，结果表明在100组的吸脱附循环下，装置的最大工作容量没有发生明显下降，对所收集的水进行电感耦合等离子体测试（ICP），结果表明，装置所收集的水满足世界卫生组织（WHO）的饮用水标准，可以用作生活用水。

  原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ange.202420619