目前空调制冷用电占全球总用电量的10%以上，且随着全球变暖，此占比正快速攀升。传统空调设备主要依赖电力驱动的压缩机来实现制冷剂循环，这一过程不仅会消耗大量的电力资源，而且所使用的含氟制冷剂还对环境存在潜在危害。相比之下，吸附式制冷（Adsorption Driven Cooling）技术利用低品位热能替代电能驱动制冷循环，并且以水作为绿色制冷剂，这种技术因其在节能减排方面的显著优势，被看作是实现碳中和目标的关键途径之一。然而，目前所使用的吸附剂，例如硅胶和沸石等，却存在着诸多亟待解决的问题，如工作容量偏低、再生温度过高等，这些问题严重制约了吸附式制冷技术在实际应用中的推广与普及。

图1 吸附式制冷传热循环图

针对这一挑战，我院韩雪教授团队、北大杨四海教授团队和英国曼彻斯特大学Martin Schröder团队合作，成功开发出MFM-300(M)（M = Al, Fe, Cr, V）系列的金属有机框架（MOF）。该材料通过独特的“wine-rack”骨架结构和羟基修饰的孔道，实现了对水分子的高效可逆吸附。同时在较低驱动温度（62°C）下能够实现0.8的高性能系数（COP），并展现出卓越的循环稳定性，为低品位热驱动冷却技术提供了全新解决方案，为设计高性能吸附剂提供了重要理论依据（图1）。研究团队结合原位中子粉末衍射（NPD）、非弹性中子散射（INS）和固态核磁共振（ssNMR）等先进表征技术，首次在分子水平揭示了水分子在孔道中的动态吸附机制和主客体相互作用。该材料具有高吸附容量和优异循环稳定性，性能优于传统吸附剂，为利用低品位热源驱动吸附式制冷提供了新解决方案。

图2. MFM-300(M)（M = Al, Fe, Cr, V）在10°C、20°C和30°C下的水吸附等温线。

此项工作不仅揭示了MOF材料动态主客体作用的分子机制，更为设计兼具高容量、低能耗与长寿命的吸附剂提供了全新范式，相关成果发表于《Journal of the American Chemical Society》。北师大为第一通讯单位，韩雪教授为第一通讯联系人。原文链接：MFM-300 as High-Performance Sorbents for Water-Adsorption-Driven Cooling | Journal of the American Chemical Society