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世界上有三分之二的人口遭受缺水困擾。大氣中水蒸氣含量約有13000萬億升，如果能得到有效利用，將很好的解決缺水問題。這是一個老生常談的話題，很多國內外研究學者圍繞這一課題做過諸多工作，比如北京航空航天大學郭林研究組發明的人造仙人掌刺可有效收集空氣中的水分，發表在《Advanced Science》。但現有的研究結果顯示，若想從空氣中收集水分，需要較大的空氣濕度，通常都是在霧氣中收集，或者需要較高的能量。加州大學伯克利分校Omar M. Yaghi教授和麻省理工學院Evelyn N. Wang教授團隊僅利用太陽能在相對濕度低達20%的條件下，使用金屬有機框架（MOF）材料成功收集空氣中的水分，每天每公斤MOF材料集水量能達到2.8L。

圖1 MOF-801集水裝置

研究人員利用MOF-801（[Zr6O4(OH)4(fumarate)6]）與冷凝器組成MOF集水系統在太陽能的輔助下收集空氣中的水分（圖2 B）。晚上水蒸氣吸附在MOF層上（圖2 B右），白天在陽光照射下MOF溫度升高，而下方的冷凝器與室溫相同，因此結合在MOF中的水蒸氣逐漸凝結，形成液態水（圖2 B 左）。MOF-801在溫度區間為25℃~65℃的條件下，0.6kPa蒸氣壓下收集至少0.25L水（圖2 A）。

圖2 MOF集水工作原理

為進一步增加MOF-801的集水量，研究人員通過計算優化孔隙度和材料厚度，在空隙率（ε）為0.7的條件下，不同厚度的MOF-801(1, 3, 5mm) 24h內可產生2.8 L/kg或0.9 L/m2的水。最后研究人員還建立了相關模型（圖3 A），隨著白天MOF溫度的升高，冷凝器上的水珠也逐漸增多（圖3 B）。

圖3 MOF-801集水裝置及不同溫度下冷凝器上的水滴

Yaghi教授認為這種新型收集水的方法，不需要較高的相對濕度，僅在太陽照射下即可完成，因此更節能。即使在北非的干旱地區，該方法也同樣適用。目前Yaghi教授團隊也正在尋找新的MOF材料，收集更多空氣中的水蒸氣。

參考文獻:

Kim, H.; Yang, S.; Rao, S. R.; Narayanan, S.; Kapustin, E. A.; Furukawa, H.; Umans, A. S.; Yaghi, O. M.; Wang, E. N., Water harvesting from air with metal-organic frameworks powered by natural sunlight. Science 2017. DOI: 10.1126/science.aam8743