干旱地區，尤其是沙漠地區，由于極端氣候條件和水資源短缺，對新鮮水資源的需求迫切。傳統的大氣水收集（AWH）技術在低濕度條件下效率不高，因此需要開發新型材料以提高水收集效率。
日前，蘇州大學郭思宇副教授、嚴鋒教授團隊合成了一系列iCOFs，表現出在低濕度下高效的水蒸氣吸附能力，尤其是TB-COF-Li，其吸附容量達到了0.24 g g-1。此外，TB-COF-Li的蒸發焓顯著低于散裝水，能在60℃下快速脫附吸附的水。開發的iCOFs，特別是TB-COF-Li，為干旱地區提供了一種高效的大氣水收集技術。
COF材料制備與孔道水態調節
圖1(a) TB-COF-X和TpPa-SO3-X（X=H、Li、Na、K）的合成示意圖。(b) AWH裝置的拆卸圖（銅片：涂有黑漆的銅片，NF：泡沫鎳）。(c) AWH流程圖（低濕度吸附，在陽光照射下釋放水蒸氣，冷凝收集）。
研究者們發現在COFs孔道內引入金屬陽離子可以有效的利用孔道內磺酸基團的親水位點以及金屬離子的水合作用，共同促進水分子的吸收，研究者們在298 K下進行水蒸氣吸附測試，量化TB-COF-X和TpPa-SO3-X的集水能力。在0-5%的相對濕度下，與其他COF結構相比，這些iCOFs對水蒸氣的吸附效果顯著。這是由于金屬離子的強烈水化相互作用，增強了COF通道內第一層水分子的附著力。當相對濕度為21%時，TB-COF-Li表現出310.4 cm3 g-1的孔隙填充容量，最終達到671.3 cm3 g-1的最大容量。
圖2(a-b)TB-COF-X和TpPa-SO3-X的水蒸氣吸附曲線。(c)TB-COF-X和TpPa-SO3-X孔道中IW與FW的比率。(d)散裝水、TB-COF-X和TpPa-SO3-X的蒸發焓。(e)TB-COF-Li和TpPa-SO3-Li在22%RH下的水吸附曲線。(f)TB-COF-Li和TpPa-SO3-Li在60和80℃下的解吸曲線。
圖3(a)TB-COF-Li中不同的水態分布。(b-c)TB-COF-X和TpPa-SO3-X的ζ電位。(d)裝置的水蒸氣吸附過程。(e)裝置的水蒸氣解吸過程。
集水材料裝置實測
圖4(a)在1 kW/m2和1.5 kW/m2的陽光強度下，對集水裝置不同點的溫度進行熱電偶測試（表面：銅片的上表面；頂部：裝載有COFs的泡沫鎳的頂部）。(b)TB-COF-Li的循環穩定性試驗。(c)實用裝置展示圖。(d)實際測試期間的溫度變化。(e)冷凝水滴隨時間的變化。(f)收集水中的金屬離子濃度。
在集水裝置完成組裝后，研究者對其性能進行了測試，結果顯示其在模擬太陽光/蘇州地區的戶外環境下均能完成良好的水蒸氣吸脫附循環，表面銅片溫度均能達到80℃以上，充分滿足了TB-COF-Li的脫附要求。研究者對裝置的水循環穩定性進行了進一步的測試，結果表明在100組的吸脫附循環下，裝置的最大工作容量沒有發生明顯下降，對所收集的水進行電感耦合等離子體測試（ICP），結果表明，裝置所收集的水滿足世界衛生組織（WHO）的飲用水標準，可以用作生活用水。
原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ange.202420619
