近日，上海交大机械与动力工程学院制冷与低温工程研究所王如竹教授领衔的能源-空气-水ITEWA创新团队（Innovative Team for Energy, Water & Air）在能源材料领域期刊Nano Energy上发表了题目为“Metal-organic frameworks for energy conversion and water harvesting: a bridge between thermal engineering and material science”的交叉学科综述论文。论文为弥合工程热物理学科与材料科学学科之间，对于吸附剂金属有机框架MOFs的设计与应用之间的认识差距，分析了MOFs在制冷空调、能源转换、空气取水、海水淡化等方面的应用，提出了用于上述途径的MOFs材料的设计要求与评价指标，分析了使用MOFs材料的上述系统规模化与大型化应用可能存在的问题，并对MOFs从实验室走向市场可能存在的挑战与解决方式做出展望。涂耀东博士后为共同第一作者，王如竹教授为责任通讯作者。

目前，吸附能源转换与利用技术在空调、热泵、储能、水收集等热点领域的关注迅速提升，特别是在吸附式能量转换、吸附式空气取水和吸附式海水淡化与冷却领域的研究，契合节能减排和碳中和总体目标。这些技术的关键在于吸附剂的特性。近年来，具有特大比表面积和孔隙率、独特吸附性能的金属有机框架MOFs在吸附领域的应用越来越广泛，这也使得材料学科的吸附剂材料设计与工程热物理学科的应用之间的联系变得愈加紧密。但目前，MOFs的设计仍然未从实际应用角度出发，工程热物理学科的****通常只能筛选大量的吸附材料进行应用，不得不“削足适履”。
上海交通大学、日本九州大学及俄罗斯催化研究所的三个处于国际吸附能源应用研究前沿的研究组，针对吸附剂MOF材料在能源转换及水处理中存在的难题，进行了细致梳理，定义了不同应用场景下理想吸附剂的特征，分析了当前吸附剂存在的弊端，提供了识别潜在吸附剂实际应用价值的理论模型。该综述研究有望提高材料科学与热学科间的共识，为MOFs材料用于吸附学科提供基本指导框架。
MOFs具有超高的比表面积和孔隙率，同时其结构、有机配体与金属团簇的多样性可以带来丰富可调节的吸附行为，在吸附式能源转换、海水淡化与空气取水技术方向的应用前景广阔，有助于材料科学和工程热物理之间的跨学科领域合作。
王如竹教授领衔的ITEWA团队，致力于解决能源、水、空气领域的前沿基础性科学问题和关键技术，旨在通过学科交叉实现材料-器件-系统层面的整体解决方案，推动相关领域取得突破性进展。近年来在Joule、Energy & Environmental Science、Advanced Material、Angewandte Chemie-International Edition、ACS Central Science、Energy Storage Materials、ACS Materials Letter 等国际期刊上发表系列跨学科交叉论文。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.105946
相关阅读：上海交大ITEWA团队：MOFs材料在热能转换及水处理中的机遇与挑战