《Materials Today Advances》：Solar-driven sorption-based atmospheric water harvesting: Sorbent mechanisms, materials and performance metrics
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太阳能驱动的吸附式大气水收集（solar-driven sorption-based atmospheric water harvesting, AWH）通过将吸湿性吸附剂与太阳能或低品位热能耦合，为淡水生产提供了一条分散化路线。然而，材料性能仍常以最大平衡吸
太阳能驱动的吸附式大气水收集（solar-driven sorption-based atmospheric water harvesting, AWH）通过将吸湿性吸附剂与太阳能或低品位热能耦合，为淡水生产提供了一条分散化路线。然而，材料性能仍常以最大平衡吸水量来评判，而这并不能直接代表在真实操作条件下可回收的液态水产水量。本综述探讨了吸附机理、有效工作容量和液态水回收之间的关系，特别关注与材料相关的器件性能限制。研究人员首先从吸附等温线、有效工作容量、亲水位点结合、离子水合、水簇生长、体相吸收、孔填充、毛细凝聚和滞后现象等方面分析了水捕获的热力学和微观起源。随后比较了三大类吸附剂——结晶多孔骨架（metal-organic frameworks, MOFs和covalent organic frameworks, COFs）、吸湿性聚合物凝胶和气凝胶、以及盐基复合材料——的“结构-机理-性能”关系，重点讨论了工作湿度窗口、传质阻力、再生需求、溶胀或盐迁移、循环稳定性和可制造性。研究表明，高实际生产率需要对水亲和力、可逆存储容量、分级传质路径、传热、解吸动力学和冷凝效率进行协调优化，而非最大化单一吸水量指标。有效工作容量、释放效率、冷凝效率、循环时间、耐久性、水质和面积产率被确定为有意义的跨研究比较的关键指标。未来进展取决于将吸附剂化学与器件尺度的热和质量管理相结合，以及在真实环境条件下进行标准化测试，以将实验室吸附性能转化为可靠、可扩展的水生产。
太阳能驱动的吸附式大气水收集（solar-driven sorption-based atmospheric water harvesting, AWH）通过将吸湿性吸附剂与太阳能或低品位热能耦合，提供了一种分散式淡水生产途径。然而，当前材料性能的评价仍主要依赖最大平衡吸水量，该指标难以反映实际工况下可回收的液态水量，因为完整的水收集循环涉及水蒸气捕获、吸附剂再生、蒸气传输、冷凝和液态水收集等多个耦合过程。研究人员围绕“吸附机理—有效工作容量—液态水回收”这一主线展开系统综述，旨在建立材料级性能与器件级产水之间的关联，推动评价范式从单一吸水量指标转向多维度协同优化。
研究人员通过系统梳理已有文献，首先从热力学和微观机制层面阐明了水捕获的起源，包括吸附等温线形状、亲水位点结合、离子水合、水簇生长、体相吸收、孔填充和毛细凝聚等；随后以“捕获–储存–释放–冷凝”为共同分析路径，对结晶多孔骨架、吸湿性聚合物凝胶/气凝胶和盐基复合材料三类吸附剂进行了“结构-机理-性能”的横向对比，并提出了包括有效工作容量（Δq
work）、释放效率、冷凝效率、循环时间、耐久性、水质和面积产率等在内的关键性能指标，以及一套标准化报告清单。
在方法上，研究采用文献综述与机制比较相结合的方式。通过引入有效工作容量（定义为吸附态与再生态平衡含水量之差，Δq
work = q
ads ? q
des）替代最大吸水量作为核心热力学描述符，并进一步引入释放效率（η
rel）和冷凝效率（η
cond）来定量描述从材料吸水量到实际液态水产量的逐级转化过程。研究人员汇总了多篇代表性研究中报告的吸水量、再生条件、工作容量和液态水收集数据，从粉末级、循环级和器件级三个层次区分了不同指标的物理含义，并比较了三类吸附剂在传质、传热、循环稳定性和可制造性方面的异同。此外，针对材料评估中常见的不一致问题，提出了涵盖样品制备、操作条件、动力学、稳定性和水质等要素的报告清单。
在结果部分，按原文小标题总结如下：
2.4 水蒸气吸附等温线与有效工作容量：通过分析不同类型等温线（如I型、S型、近线性）与工作湿度窗口的关系，研究人员指出最大平衡吸水量不等于可回收水量，有效工作容量需基于实际吸附和再生状态计算，并受滞后、有限时间动力学和冷凝损失影响。
2.5 水蒸气吸附、吸收和冷凝的微观机制：水捕获是一个多尺度过程，包括亲水位点结合、水簇成核与生长、离子水合、体相吸收、聚合物溶胀、微孔填充和毛细凝聚等机制，各机制的相对贡献随相对湿度和材料结构变化，且需通过分级孔结构协调成核、存储与传输。
3.1 结晶多孔骨架材料（MOFs和COFs）：该类材料可通过金属节点、配体极性、缺陷和孔径精确调控吸附阶跃位置，实现分子级工作湿度窗口设计。但实际性能受限于水热稳定性、床层热导率低及成型后的传质阻力，且吸附阶跃必须与目标环境湿度匹配才能发挥有效工作容量。
3.2 吸湿性聚合物凝胶和气凝胶：聚合物网络通过官能团水合、体相吸收和弹性约束决定水状态与传输动力学。通过调节交联密度、盐含量和孔结构，可获得高吸水量和响应性释放，但溶胀导致传质路径延长、湿态力学稳定性下降，且高水含量增加再生热容。
3.3 盐基复合材料：依靠离子水合和潮解实现高吸水量，但需通过多级孔道和封装策略抑制盐溶液迁移、泄漏和腐蚀。盐含量、孔道连通性和再生残余状态共同决定可循环盐利用率。代表性体系中，高效释放并不等于高效收集，冷凝损失仍需单独评估。
讨论部分强调，高实际产水率必须在水亲和力、可逆存储容量、分级传质路径、传热、解吸动力学和冷凝效率之间取得协同平衡，而非最大化单一吸水量指标。有效工作容量、释放效率、冷凝效率、循环时间、耐久性、水质和面积产率应作为跨研究比较的关键指标。此外，标准化测试需在真实环境条件下进行，以将实验室吸附性能转化为可靠、可扩展的水生产。
研究结论如下：1. 太阳能驱动的吸附式大气水收集是一个材料–系统耦合过程，实际产水涉及蒸气捕获、吸附剂再生、蒸气传输、冷凝和液态水收集，因此高平衡吸水量本身不能保证高产水率。2. 水捕获性能由水亲和力、存储容量、传输和可逆性之间的平衡决定；强亲水性或离子相互作用有利于低湿度捕获，但可能增加再生需求，过弱相互作用则限制吸水量，因此需要分级孔结构协调水成核、存储和传输。3. 不同吸附剂家族各有优劣：MOFs和COFs可精确调控吸附位点和孔环境，水凝胶和气凝胶可实现高水存储和响应性释放，盐基复合材料具有强水合和潮解驱动的吸水能力，其实用化受稳定性、溶胀、传质阻力、盐迁移、泄漏和可制造性约束。4. 有效工作容量比最大吸水量更有意义，应在实际吸附/再生条件下结合吸附/解吸动力学、滞后、释放效率、冷凝效率、循环时间和长期稳定性进行评价。5. 未来发展应从最大化材料级吸水量转向最大化器件级可重复液态水产水，需协同优化吸附剂化学、孔结构、热管理、气流、再生、冷凝、结构耐久性、水质和可扩展制造，最终通过真实环境下的标准化评估实现技术落地。
