上海交大制冷所ITEWA團隊在Nature Communications發表熱驅動新型吸附制冷材料研究成果

　　近日，上海交大制冷與低溫工程研究所ITEWA團隊和中科院工程熱物理所團隊在Nature Communications上發表“Ultralow-temperature-driven water-based sorption refrigeration enabled by low-cost zeolite-like porous aluminophosphate”論文。針對傳統吸附材料吸附劑性能低下、金屬有機框架（MOFs）材料成本高且難以規模化生產的問題，論文開發了吸附性能優良，且具有產業化潛力的、SFO拓撲構型的新型磷酸鋁分子篩吸附材料，可實現超低溫熱源驅動的超高性能吸附制冷。制冷與低溫工程研究所博士后許嘉興為論文共同第一作者，研究員李廷賢為共同通訊作者，教授王如竹對該工作作出了指導和建議。

　　圖1. SFO多孔磷酸鋁材料的晶體結構

　　新型磷酸鋁分子篩材料的骨架結構由雙4環、12元環和8元環的通道組成，在700度下依然保持良好的水熱穩定性。通過實驗測試發現該材料展現了完美的“S形”水吸附等溫曲線和極低的吸附焓值（47kJ/mol），吸附階躍轉變相對壓力為0.15~0.17、飽和吸附量為0.35 g/g。作者通過分子動力學理論計算，闡明了新型SFO磷酸鋁材料的吸附特性，并明晰了其吸附機理，發現SFO材料內部形成的弱氫鍵網絡是實現其低吸附焓值的根本原因。該材料在低溫熱源（~63°C）驅動下表現出了極為優異的制冷性能系數（COP=0.85），為目前國內外已有報道的最高數值之一，且新型SFO磷酸鋁材料展現出了極快的吸附/脫附動力學性能，在5°C蒸發溫度與65°C脫附溫度工況下，單位質量吸附劑的制冷功率可達到1.1kW/kg，超過了商用吸附劑和現有報道的MOFs吸附材料，且原材料成本僅為MOFs材料的百分之一，具有極大的商業化應用價值。

　　圖2. SFO多孔磷酸鋁材料的水蒸氣吸附特性

　　王如竹領銜的“能源-水-空氣”交叉創新團隊ITEWA近年來在Joule、Energy & Environmental Science、Advanced Material、Nature Communications、ACS Energy Letters、Matter、ACS Central Science、Nano Energy、Small等國際期刊上，發表了系列高水平論文，該團隊致力于解決能源、水、空氣交叉領域的前沿基礎性科學問題和關鍵技術，旨在通過學科交叉，實現材料-器件-系統層面的整體解決方案，推動相關領域取得突破性進展。