上海電力大學(xué)吳韶飛博士、潘衛(wèi)國(guó)教授團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合上海交通大學(xué)王麗偉教授團(tuán)隊(duì)，揭示了金屬有機(jī)框架（MOFs）吸附飽和氨的微觀(guān)機(jī)理，通過(guò)計(jì)算篩選了高穩(wěn)定性的氨吸附劑，構(gòu)建了基于新型MOF-氨工質(zhì)對(duì)的閉式吸附循環(huán)，顯著提高了極端氣候下的熱能轉(zhuǎn)換與儲(chǔ)存性能。1月8日，相關(guān)工作發(fā)表于《細(xì)胞》姊妹刊《物質(zhì)》。

吸附式熱能轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)存是高效利用太陽(yáng)能和工業(yè)余熱等低品位熱能的關(guān)鍵技術(shù)之一。MOFs吸附劑具有高比表面積和孔體積以及清晰結(jié)構(gòu)，而氨工質(zhì)則具有寬溫區(qū)和高焓值等特點(diǎn)，基于MOF-氨工質(zhì)對(duì)的固體吸附系統(tǒng)展示出高儲(chǔ)能密度和溫度適應(yīng)性、低熱損失等優(yōu)勢(shì)。如何構(gòu)筑高性能吸氨的MOFs吸附劑和新型吸附循環(huán)，是破解極端氣候下可持續(xù)熱能轉(zhuǎn)換與儲(chǔ)存應(yīng)用難題的關(guān)鍵。

根據(jù)MOFs吸氨的微觀(guān)機(jī)理和低濃度氨氣中的MOFs吸附穩(wěn)定性規(guī)律，研究團(tuán)隊(duì)探明了MOFs在飽和氨中的循環(huán)穩(wěn)定性特征，并在飽和氨工況下進(jìn)行了循環(huán)穩(wěn)定性驗(yàn)證。通過(guò)拓寬現(xiàn)有低濃度氨氣的壓力范圍，研究團(tuán)隊(duì)預(yù)測(cè)了MOF-氨工質(zhì)對(duì)的吸附性能，為后續(xù)熱能轉(zhuǎn)換與儲(chǔ)存性能的可行性分析指明方向。

研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)實(shí)驗(yàn)和計(jì)算結(jié)果設(shè)計(jì)了五種MOF-氨工質(zhì)對(duì)，并構(gòu)建了基于該工質(zhì)對(duì)的閉式吸附循環(huán)分別評(píng)價(jià)了熱泵、空調(diào)、制冰、長(zhǎng)/短周期儲(chǔ)熱等場(chǎng)景下的性能，揭示了熱能轉(zhuǎn)換與儲(chǔ)存性能、解吸溫度、蒸發(fā)溫度和吸附溫度的內(nèi)在關(guān)系。結(jié)果顯示，MOF-氨工質(zhì)對(duì)在低溫環(huán)境的供熱場(chǎng)景下具有顯著性能優(yōu)勢(shì)，為極端氣候下的實(shí)際應(yīng)用提供了新思路。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1016/j.matt.2024.10.021

原文鏈接：https://rmtzx.sciencenet.cn/mixmedia/a/202501/13/WS6784be1de4b0cb2d1eed42fa.html