世界上有三分之二的人口遭受缺水困扰。大气中水蒸气含量约有13000万亿升，如果能得到有效利用，将很好的解决缺水问题。这是一个老生常谈的话题，很多国内外研究学者围绕这一课题做过诸多工作，比如北京航空航天大学郭林研究组发明的人造仙人掌刺可有效收集空气中的水分，发表在《Advanced Science》。但现有的研究结果显示，若想从空气中收集水分，需要较大的空气湿度，通常都是在雾气中收集，或者需要较高的能量。加州大学伯克利分校Omar M. Yaghi教授和麻省理工学院Evelyn N. Wang教授团队仅利用太阳能在相对湿度低达20%的条件下，使用金属有机框架（MOF）材料成功收集空气中的水分，每天每公斤MOF材料集水量能达到2.8L。

图1 MOF-801集水装置

研究人员利用MOF-801（[Zr6O4(OH)4(fumarate)6]）与冷凝器组成MOF集水系统在太阳能的辅助下收集空气中的水分（图2 B）。晚上水蒸气吸附在MOF层上（图2 B右），白天在阳光照射下MOF温度升高，而下方的冷凝器与室温相同，因此结合在MOF中的水蒸气逐渐凝结，形成液态水（图2 B 左）。MOF-801在温度区间为25℃~65℃的条件下，0.6kPa蒸气压下收集至少0.25L水（图2 A）。

图2 MOF集水工作原理

为进一步增加MOF-801的集水量，研究人员通过计算优化孔隙度和材料厚度，在空隙率（ε）为0.7的条件下，不同厚度的MOF-801(1, 3, 5mm) 24h内可产生2.8 L/kg或0.9 L/m2的水。最后研究人员还建立了相关模型（图3 A），随着白天MOF温度的升高，冷凝器上的水珠也逐渐增多（图3 B）。

图3 MOF-801集水装置及不同温度下冷凝器上的水滴

Yaghi教授认为这种新型收集水的方法，不需要较高的相对湿度，仅在太阳照射下即可完成，因此更节能。即使在北非的干旱地区，该方法也同样适用。目前Yaghi教授团队也正在寻找新的MOF材料，收集更多空气中的水蒸气。

参考文献:

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