微波辅助铬掺杂UiO-66的制备及其在吸附储热中的高性能研究

为解决传统UiO-66材料储热性能不足的问题，北京科技大学团队通过微波辅助合成与Cr3+掺杂协同调控孔结构，成功制备出MW-1.5Cr-UiO-66材料，其比表面积达1524 m2 g?1，水吸附容量提升至0.59 g g?1且循环稳定性优异，为吸附式储热系统提供了新型高效吸附剂。

　　

随着化石能源枯竭与环境恶化，开发高效清洁的储热技术成为研究热点。吸附储热系统因其能量品位提升能力和环境友好特性备受关注，但其核心瓶颈在于缺乏兼具高吸附容量和稳定性的吸附材料。传统金属有机框架（MOFs）材料UiO-66虽具有优异的水热稳定性，但其0.36 g g^?1的饱和吸水率和低亲水性严重限制了实际应用。

北京科技大学冶金与生态工程学院的研究团队在《RSC Advances》发表研究，创新性地采用微波辅助水热法（MAH）结合Cr³⁺掺杂策略，仅用2小时便成功制备出系列MW-xCr-UiO-66材料。通过SEM、XRD、FT-IR、N₂吸附等表征技术，系统研究了材料结构与性能的构效关系。

关键研究发现包括：

1. 表面形貌：Cr掺杂使晶体尺寸从270 nm减小至210 nm，形成更丰富的表面缺陷位点。

2. 微观结构：XRD与FT-IR证实Cr³⁺的引入未改变UiO-66晶体结构，但XPS显示Cr可能以非配位形式存在。

3. 孔隙特性：最优样品MW-1.5Cr-UiO-66的微孔体积和BET比表面积分别提升15.1%和19.8%，达1524 m² g^?1。

4. 吸附性能：饱和水吸附容量提升至0.59 g g^?1，且在10次循环后仍保持100%吸附效率，显著优于文献报道的Ce/UiO-66（0.50 g g^?1）等材料。

该研究突破性地揭示了过渡金属掺杂诱导缺陷工程的协同机制：盐酸/乙酸调控下，Cr³⁺虽未直接参与配位，但通过抑制Zr⁴⁺与BDC配体结合，产生更多暴露的亲水位点和孔隙结构。这种"结构缺陷-性能增强"的调控策略为设计新一代吸附储热材料提供了重要范式，其快速微波合成工艺更具工业化应用潜力。未来可进一步探索Cr掺杂浓度与缺陷类型的定量关系，推动MOFs材料在能源领域的精准定制。