摘要
理解金属有机框架（MOFs）中的水吸附现象对于推动大气水收集（ATWH）技术的发展至关重要。然而，大多数研究依赖于整体测量方法，这些方法掩盖了材料的固有特性和颗粒间的异质性。在本文中，我们系统地研究了缺陷化学、残留客体分子以及金属替换对MOF-801和MOF-808单晶水平上水吸附行为的影响。通过结合整体表征、原位单晶拉曼光谱、1H核磁共振（NMR）分析、计算建模以及长期循环实验，我们揭示了用Hf替换Zr以及改变晶体结构如何影响吸附性能。单晶测量结果表明，不同晶体之间的残留DMF含量存在显著差异，这直接减少了可利用的孔隙体积并改变了吸附等温线——这些效应在整体平均数据中是隐藏的。在这两种MOFs中，基于Zr的材料由于缺陷诱导的孔隙结构而表现出更高的吸附能力。Hf的替换降低了内在缺陷密度并提高了循环稳定性，但同时也导致溶剂吸附能力增强以及孔隙可进入性降低。这种权衡在MOF-808(Zr)中最为明显：该材料在初始时具有较高的吸附能力，但在循环过程中性能会下降；而Hf替代后的材料在容量降低的情况下仍能保持结构稳定性。通过解析单晶水平上缺陷、客体分子和金属种类之间的相互作用，本研究为下一代ATWH吸附材料的分子设计提供了规则，以实现稳定性和性能之间的平衡。
利益冲突
作者声明没有利益冲突。
数据提供声明
所有优化后的几何结构的笛卡尔坐标文件以ZIP格式提供，其中包含了计算建模生成的结构数据。如需进一步了解本研究结果的支持数据，可向相应作者提出合理请求。
