王如竹课题组发表热驱动新型吸附制冷材料研究成果

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近日，上海交大制冷与低温工程研究所ITEWA团队和中科院工程热物理所团队在Nature Communications上发表“Ultralow-temperature-driven water-based sorption refrigeration enabled by low-cost zeolite-like porous aluminophosphate”论文。针对传统吸附材料吸附剂性能低下、金属有机框架（MOFs）材料成本高且难以规模化生产的问题，论文开发了吸附性能优良，且具有产业化潜力的、SFO拓扑构型的新型磷酸铝分子筛吸附材料，可实现超低温热源驱动的超高性能吸附制冷。制冷与低温工程研究所博士后许嘉兴为论文共同第一作者，研究员李廷贤为共同通讯作者，教授王如竹对该工作作出了指导和建议。

图1. SFO多孔磷酸铝材料的晶体结构

        新型磷酸铝分子筛材料的骨架结构由双4环、12元环和8元环的通道组成，在700度下依然保持良好的水热稳定性。通过实验测试发现该材料展现了完美的“S形”水吸附等温曲线和极低的吸附焓值（47kJ/mol），吸附阶跃转变相对压力为0.15~0.17、饱和吸附量为0.35 g/g。作者通过分子动力学理论计算，阐明了新型SFO磷酸铝材料的吸附特性，并明晰了其吸附机理，发现SFO材料内部形成的弱氢键网络是实现其低吸附焓值的根本原因。该材料在低温热源（~63°C）驱动下表现出了极为优异的制冷性能系数（COP=0.85），为目前国内外已有报道的最高数值之一，且新型SFO磷酸铝材料展现出了极快的吸附/脱附动力学性能，在5°C蒸发温度与65°C脱附温度工况下，单位质量吸附剂的制冷功率可达到1.1kW/kg，超过了商用吸附剂和现有报道的MOFs吸附材料，且原材料成本仅为MOFs材料的百分之一，具有极大的商业化应用价值。

图2. SFO多孔磷酸铝材料的水蒸气吸附特性

        王如竹领衔的“能源-水-空气”交叉创新团队ITEWA近年来在Joule、Energy & Environmental Science、Advanced Material、Nature Communications、ACS Energy Letters、Matter、ACS Central Science、Nano Energy、Small等国际期刊上，发表了系列高水平论文，该团队致力于解决能源、水、空气交叉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。
       论文链接： https://doi.org/10.1038/s41467-021-27883-4


       文章来源：上海交通大学
       王如竹，1964年12月出生，制冷与低温工程专家，上海交通大学教授、博士生导师，上海交通大学制冷与低温工程研究所所长。1984年王如竹获得上海交通大学制冷与低温工程学士学位；1990年获得上海交通大学博士学位后留校任教；1993年10月担任上海交通大学制冷与低温工程研究所所长；2000年9月被聘为第三批教育部长江学者奖励计划特聘教授；2002年获得国家杰出青年科学基金 ；2013年获得英国制冷学会颁发的J&E Hall金牌 。王如竹主要从事制冷空调中的能源利用与环境控制、吸附式制冷、太阳能复合能量系统、分布式能源系统和超流氦传热等方面的研究。