该篇综述旨在使大气集水领域的研究人员们深入了解水-吸附剂相互作用、材料设计原理和系统级考量因素等方面的必要知识，以便能推动该领域的进一步发展。欢迎下滑阅读了解更多 ⬇️
Chemistries and materials for atmospheric water harvesting Chuxin Lei, Weixin Guan, Yaxuan Zhao and Guihua Yu*
Chem. Soc. Rev., 2024请点击文末「阅读原文」链接，或复制以下链接到浏览器中打开原文： https://doi.org/10.1039/D4CS00423J
引言
目前全球约有 22 亿人无法获得安全的饮用水供应。虽然海水淡化技术提供了部分的解决方案，但高昂的成本和地理上的限制使内陆干旱地区的人们无法利用这项技术持续获得饮用水。
地球的大气中储存了近 1.3 万立方米的水，超过全球所有河流水量的六倍，并能不断得到全球水循环的补充。近年来人们正在不断探索大气集水 (atmospheric water harvesting, AWH) 技术以实现对大气中丰富水资源的利用。
利用露水和雾气集水的方法是否有效在很大程度上取决于特定的气候条件，在相对湿度低于 30% 的干旱地区难以实现。作为对比，吸附剂介导的大气集水 (sorbent-mediated AWH, SAWH) 成为了一种更实用的解决方案。SAWH 利用吸附剂的吸湿性质来吸收水分并将水分保留在材料内部，然后在特定的刺激条件（例如温度升高）下实现对水分的释放，从而能适用于从干旱到潮湿环境等不同的气候条件下（图 1b）。
原文图 1b. 吸附剂介导大气集水 (SAWH) 的过程。
开发和选择合适的吸附剂材料对于大气集水的高效实现至关重要，因为这些材料从根本上决定了系统从大气中提取水分的效率。理想的吸附剂应具有高吸水能力、快速的吸附-解吸动力学、低能量下的有效解吸和持久的循环稳定性。金属有机骨架 (MOF)、共价有机骨架 (COF)、吸湿性盐基复合材料和聚合物水凝胶等吸附剂的研发已取得进展。虽然这些材料具有共同的吸附机制，但它们的独特性质需要在设计和应用时予以仔细考量，以最大限度地提升性能。
该篇教学性综述旨在为吸附剂介导大气集水 (SAWH) 领域的研究人员们提供多尺度的指南，帮助他们认识详细的底层吸附机制、材料设计和系统级工程考量要素。为此，该篇综述首先深入论述了基础的吸附化学，重点关注吸附剂和水分子之间的相互作用动力学，特别是通过对水蒸气等温线（图 1c）的分析。了解等温线使我们能够基于材料的特性和结构效应思考调节方案以实现较好的大气集水效果。鉴于此，作者们对 MOF、吸湿盐基复合材料、水凝胶等多种很有潜力的材料进行了专门的阐述。他们讨论了大气集水过程中涉及的不同材料体系的基本吸附机制和材料化学，并描述了它们的共同机制、独特特性、设计原则和调节因素。最后，作者们指出了实现高效且连续水生产所必需的系统级设计中的关键要素。
原文图 1c. 从等温线剖面获得的重要提示以及影响大气集水性能的各种因素。
深入了解大气集水过程中水-吸附剂的相互作用以及水网络的形成。 水蒸气等温线在揭示吸附机制和材料特性方面的重要性。 研究设计原理并确定各种吸附剂系统的调节因素以优化大气集水效果。 为实现高效集水而需要在设备和系统层面考虑到的关键因素。
综述目录
Introduction
引言
Fundamental steps and critical factors for AWH
大气集水的基本步骤和关键因素吸附机理：物理吸附与化学吸附对比，其中物理吸附由较弱的范德华力驱动，而化学吸附涉及较强的化学键作用。下方图为 IUPAC 归类的六种类型等温线，其中每一种都对应着独特的吸附行为。
Water vapour sorption 水蒸气吸附
Water desorption 水脱附
Kinetics
动力学
Porous solids
多孔固体
Traditional porous solids
Electrolytes
电解质
Organic liquid electrolytes
固态电解质
Salts and ionic liquid
盐和离子液体
Ionic liquid
离子液体
Hydrogels
水凝胶
Hydrogel chemistry for tailorable water harvesting
盐基水凝胶吸附剂
动力学增强
代表性先进大气集水吸附剂的比较
System-level design considerations
系统层级的设计考量
Conclusions and outlook
结论与展望
Device and system engineering for effective AWH
期刊介绍
rsc.li/chem-soc-rev
Chem. Soc. Rev.
| 2-年影响因子* | 40.4分 |
| 5-年影响因子* | 48.1 |
| JCR 分区* | Q1 化学-综合 |
| CiteScore 分† | 80.8分 |
| 中位一审周期‡ | 44.7 天 |
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Jennifer Love
🇨🇦 卡尔加里大学
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Editorial board members
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* 2023 Journal Citation Reports (Clarivate, 2024)
† CiteScore 2023 by Elsevier
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