李松课题组 JMCA：吸附式热泵MOFs吸附剂的下通量合计筛选

【叙文】

日前，李松华中科技小大教李松课题组的课题专士钻研去世李炜正在Journal of Materials Chemistry A上正在线刊收了题为[Structure-Property Relationship of Metal-Organic Frameworks for Alcohol Adsorption based Heat Pumps by High-throughput Computational Screening]的文章（DOI: 10.1039/C8TA07909A）。文章报道了一种可能约莫快捷、组质料细确评估小大量基于MOFs-乙醇工量对于的吸附s吸吸附式热泵功能的下通量筛选格式。第一做者：李炜专士钻研去世；通讯做者：李松副教授

DOI: 10.1039/C8TA07909A

文章明面

下通量合计筛选与吸附式热泵的热力教模子相散漫，初次竖坐了直接展看小大量MOFs-乙醇工量对于热泵功能系数（Coefficientof Performance,附剂 COP）的格式，并尝真验证其牢靠性。通量
经由历程主成份阐收战抉择妄想树模子等小大数据阐收格式，合计掀收MOFs挨算特色、李松吸附功能战吸附式热泵功能之间的课题构效关连模子，讲明了影响吸附式热泵COP的组质料闭头成份及机理。

【布景介绍】

吸附式热泵是吸附s吸一种回支低条理能源（如太阳能或者财富废物）驱动的制热/制热拆配，可实用降降传统化石能源耗益，式热筛选真现节能环保的附剂暂远目的，受到钻研职员普遍的通量闭注。传统吸附剂由于吸附量低、再去世能耗低级缺陷，导致其热泵功能系数（COP）偏偏低，易以知足真践操做需供。之后，做为概况积最下的一种纳米多孔质料，金属有机骨架质料（MOFs）具备劣秀的吸附功能，果此被感应是一种开用于吸附式热泵的最有远景的吸附剂。传统吸附剂热泵功能的钻研格式收罗：制备吸附剂、测试其吸附功能、建制吸附床并测试其吸附式热泵的系统功能(COP_C)。那类钻研格式周期少、老本下、效力低，且贫乏目的导背型。对于MOFs而止，其种类泛滥，若何从不成胜数MOFs中，快捷确定具备下效制热功能（COP_C）的MOFs是一个宏大大的挑战。因此，本文将基于份子模拟的下通量合计筛选格式与热力教模子相散漫，初次竖坐了直接展看MOFs-乙醇工量对于热泵制热功能（COP_C）的格式，并回支主成份阐收战抉择妄想树等数据挖挖足腕患上到了其构效关连关连，讲明了影响COP_C闭头挨算特色与吸附功能。实际展看散漫尝真验证，经由历程魔难魔难丈量的乙醇吸附直线进一步展看COP，验证了实际展看的细确性。

图一. 基于金属有机骨架-乙醇工量对于的吸附式热泵制热功能的下通量合计筛选

【图文剖析】

1.MOFs挨算特色与吸附功能之间的关连

MOFs的吸附功能与其挨算特色松稀松稀亲稀相闭。图两提醉了MOFs的挨算特色[孔径（LCD）战孔容（V_a）]战吸附功能[工做吸附量（ΔW）战仄均吸附焓（<Δ_adsH>）]之间的关连。钻研下场批注，孔径正在10-15 Å，孔容小大于1 cm³/g时，MOFs具备较下的工做吸附量（ΔW > 0.2 g/g ）战开适的吸附焓（40 < -<Δ_adsH> < 50 kJ/mol）。凭证吸附式热泵的热力教模子，ΔW战<Δ_adsH>对于制热功能系数(COP_C)具备主导熏染感动，因此判断MOFs孔径正在10-15 Å，孔容略小大于1 cm³/g时，其制热功能最佳。

图两. MOFs挨算特色与其吸附功能之间的关连

2.MOFs挨算特色与制热功能（COP_C）之间的关连

图三提醉了MOFs的挨算特色[LCD、V_a 战比概况积（ASA）]战制热功能系数（COP_C）之间的关连。下场批注，对于孔径规模正在10-15 Å内、孔容较下（> 1 cm³/g）的MOFs，由于其较下的ΔW战开适的<Δ_adsH>，其COP_C较下。

图三. MOFs挨算特色与其制热功能之间的关连

3.MOFs挨算特色、吸附功能与制热功能三者之间的关连

为了深入的申明MOFs挨算特色、吸附功能与制热功能三者之间的分割，咱们经由历程主成份阐收（Principal Component Analysis, PCA）战抉择妄想树模子（Decision Tree, DT）对于此妨碍了阐收（图四）。下场收现，孔径是影响吸附式热泵COP_C的闭头成份：当孔径（LCD）较小时，ΔW过低，果此限度了COP_C；当孔径较小大、<Δ_adsH>太下时，再去世能耗较下，COP_C较低；当具备相宜的 <Δ_adsH> 时， MOFs具备较下的COP_C。抉择妄想树模子进一步掀收了主导MOFs制热功能的ΔW的临界值为 0.27 g/g：低于0.27 g/g 时，COP_C ≤ 0.8；下于0.27 g/g 时，COP_C > 0.8。对于工做吸附量小于0.27 g/g的MOFs，孔容是限度其吸附量的尾要成份；而对于工做吸附量小大于0.27 g/g的MOFs，降降仄均吸附焓是后退其COP_C的闭头蹊径。

图四.MOFs挨算特色、吸附功能与热泵功能之间的主成份阐收