配体功能化金属有机框架基蒸发器同步实现淡水生产与农业废水修复

为解决太阳能驱动界面蒸发过程中污染物富集导致的蒸发器寿命缩短及二次污染问题，研究人员通过氰基(-CN)功能化金属有机框架(MOF)构建了M-NH-CN/wood木质蒸发器。该设计实现了光吸收增强与过一硫酸盐(PMS)活化协同，获得2.24 kg m-2 h-1 的高蒸发速率，同步完成淡水生产与农药(IMD)降解，为农业环境修复提供新策略。

　　

淡水资源短缺与农业污染治理是当前全球可持续发展面临的重大挑战。传统太阳能蒸发技术虽能缓解缺水问题，但在处理含有机污染物水体时，蒸发过程会导致污染物浓缩富集，不仅降低设备使用寿命，还可能引发更严重的环境风险。以农药咪虫啉(IMD)为代表的农业污染物，因其持久性和生物累积性，对生态系统构成长期威胁。如何实现淡水高效生产与污染物同步降解，成为环境科学领域亟待突破的难题。

针对这一挑战，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所等机构的研究人员创新性地将金属有机框架(MOF)的可设计特性与木材的天然结构优势相结合，开发出集脱盐-催化-灌溉功能于一体的新型蒸发系统。相关成果发表在《Journal of Hazardous Materials》上，为解决水-能-环境交叉难题提供了突破性方案。

研究团队采用配体修饰策略，通过氰基(-CN)功能化MIL-101-NH₂
框架，构建M-NH-CN/wood复合蒸发器。关键技术包括：1) 丙烯腈热缩合法制备氰基修饰配体PTA-NH-CN；2) 水热合成MOF并原位负载于木材微通道；3) 密度泛函理论(DFT)计算分析电子结构；4) 太阳模拟器测试蒸发性能；5) 电子顺磁共振(EPR)检测反应性氧物种(ROS)。

Results and discussion
通过氰基修饰的配体PTA-NH-CN成功合成，核磁共振氢谱证实修饰位点。MOF负载后的木材保持天然多级孔道结构，X射线光电子能谱(XPS)显示-CN通过π-π堆积锚定在框架上。DFT计算表明-CN引入使MOF带隙从2.78 eV降至2.15 eV，增强可见光吸收；同时提高PMS吸附能至-2.43 eV，促进SO₄
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·和·OH生成。蒸发测试显示，M-NH-CN/wood在1太阳光照下蒸发率达2.24 kg m^-2
h^-1
，蒸发焓降低至1.07 kJ g^-1
，归因于MOF亲水基团破坏水分子氢键网络。IMD降解实验证实，系统在90分钟内去除率达96.2%，循环5次后仍保持82.7%效率。

Conclusion
该研究开创性地将配体工程策略应用于太阳能蒸发系统，通过氰基功能化实现MOF光热转换与催化性能的双重提升。木材基底的三维孔道结构保障了高效水传输，而MOF与基底的配位键合解决了传统涂层易脱落的问题。蒸发-催化协同机制不仅实现淡水高产，还突破污染物富集的技术瓶颈，为农业废水资源化利用提供新范式。

Environmental implication
这项技术将太阳能利用、水处理与农业生产需求有机结合，其环境效益体现在三方面：1) 同步解决缺水地区淡水资源供给与农药污染治理问题；2) 避免蒸发浓缩导致的污染物二次释放风险；3) 木材基材与MOF的可降解特性符合绿色化学原则。研究团队特别指出，该系统可直接用于灌溉，降解产物经检测无植物毒性，展现出广阔的农业应用前景。

该成果由黄庆、方浩康、田丹等共同完成，获得国家自然科学基金等项目支持。研究不仅为多功能蒸发器设计提供新思路，更推动太阳能驱动环境修复技术向实际应用迈出关键一步。