大气中储存着丰富的淡水资源，科学家打算收集起来！

随着全球气候变化和人口增长，淡水资源的日益短缺已成为一个严峻的全球性问题。它不仅影响了人类健康，也严重制约了经济发展。幸运的是，科学家们一直在探索新的水源，以缓解这一危机。近年来，大气集水技术因其潜力巨大而备受关注。这种技术能够从空气中捕获水分，为淡水资源的开发提供了新的可能性。

大气中储存着约13000万亿升的淡水资源，这是一个巨大的未被充分利用的水源。特别是太阳能驱动的大气集水技术，因其绿色、低能耗且易于操作等优势，被认为是一种高效和经济的解决方案，具有广阔的应用前景。

在这一领域，金属有机框架（Metal-Organic Framework, MOF）作为一种新型的多孔材料，因其比表面积大、孔道规整可调和结构多样等特点，成为研究的热点。然而，MOF在低相对湿度下的水吸附量和吸脱附速率有待提升，且大部分MOF缺乏自身的光热转化功能，这限制了其在太阳能光热驱动大气集水领域的应用。

中山大学薛铭教授研究团队的一项最新研究，为这一挑战提供了解决方案。他们制备了一类具有高比表面积、丰富氮活性吸附位点和固有光热转换功能的MAF-4氮掺杂衍生多孔碳材料。这种材料通过深入探究水吸附-解吸动力学，并设计了太阳能驱动的大气集水装置，实现了在低相对湿度下的高效大气产水。

研究团队通过合理调控碳化温度，制备出了具有优异水吸附量和水分子传输速率以及高效光热脱附性能的氮掺杂衍生多孔碳（NPCMAF-4-800）。这种材料在40%相对湿度下具有最高的水吸附量，并且具有稳定的水吸附-解吸循环性能。更重要的是，NPCMAF-4-800具有更快的水吸脱附速率，这得益于其固有的光热特性，这使得它在太阳能驱动大气集水材料中表现出色。

在太阳光模拟器的照射下，NPCMAF-4-800的光吸收率高达97%，表面温度在10分钟内急剧升高并达到75摄氏度。在同样的时间内，NPCMAF-4-800吸附的水经过模拟太阳光的照射可以释放90%以上。这一快速脱附特性，使得NPCMAF-4-800在太阳能驱动大气集水领域具有显著优势。

基于NPCMAF-4-800优越的水吸附性能和光热转换功能，研究团队进行了吸附剂的室内大气集水评价，并探究了最佳的吸附和脱附时间。最终，他们实现了目前文献报道最佳的产水效率，并且在多次吸附-产水循环中，基于NPCMAF-4-800吸附剂的光热驱动大气集水装置展现出了优异的循环工作稳定性。

进一步地，研究团队设计了一套太阳能驱动的户外大气集水装置。基于NPCMAF-4-800吸附剂的AWH装置能够实现约2.57升每公斤每天的日均产水量，且生产的淡水中金属离子含量均低于世界卫生组织规定的可饮用水标准。

这项研究成果不仅展示了MOF衍生多孔碳材料在太阳能驱动的大气集水领域的应用潜力，更为解决全球水资源短缺问题提供了有力的解决方案。随着技术的不断进步和应用的不断拓展，我们有理由相信，太阳能驱动的大气集水技术将在未来发挥越来越重要的作用，为人类社会的可持续发展做出贡献。