供冷供熱約佔全球終端能源消耗的50%，預計在未來十年將保持快速增長。目前大部分熱能供應來自化石燃料，貢獻了大量二氧化碳排放。因此，在雙碳目標的迫切需求下，發展低碳供冷供熱技術具有重要意義。區別於電力驅動的製冷制熱解決方案，吸附式製冷/熱泵可以利用太陽能、地熱能、低溫廢熱等低品位熱能進行驅動，是一種具有潛力的低碳供冷供熱技術，而開發高效穩定的吸附材料是吸附式製冷/熱泵應用的決定性因素。
針對傳統矽膠和活性炭吸附效能差、新興金屬有機框架（MOFs）材料成本高和難以規模生產的問題，中國科學院工程熱物理研究所傳熱傳質中心研製出效能優良且具有產業化潛力的SFO型磷酸鋁分子篩材料。詳細測試表徵分析表明，SFO型磷酸鋁為20-120 nm厚的片狀形貌（圖1），具有優異的水熱穩定性，在沸水中浸泡24小時仍保持其結晶度、骨架結構及微孔率。S形水吸附等溫線表明其具有適宜的親水性和極低的吸附焓（圖2）。此外，該材料在63 °C的超低驅動溫度下表現出優異的製冷效能係數COPc = 0.85，為目前國內外已有報道的最高值。熱泵條件下，該材料在82 °C的驅動溫度下效能係數可達COPH = 1.75（圖3）。SFO型磷酸鋁還顯示了較快的吸脫附動力學效能，在5 °C蒸發溫度與 65 °C脫附溫度工況下，單位質量製冷能力可達到SCP80% = 1.1 kW kg-1，超過了商用吸附劑和現有的MOFs，並且原材料成本更低。
相關研究成果以Ultralow-temperature-driven water-based sorption refrigeration enabled by low-cost zeolite-like porous aluminophosphates為題，發表在Nature Communications上。研究工作得到上海交通大學科研人員的支援，並獲得國家自然科學重點基金、國家重點研發計劃等的資助。
圖1.SFO型磷酸鋁分子篩的形貌特徵
圖2.SFO型磷酸鋁分子篩的水吸附效能
圖3.SFO型磷酸鋁分子篩製冷熱泵效能
來源：中國科學院工程熱物理研究所
