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2025 年诺贝尔化学奖验证了金属有机框架材料——空气制水是其中关键应用之一
2025 年 10 月 8 日，瑞典皇家科学院将诺贝尔化学奖授予北川进（京都大学）、Richard Robson（墨尔本大学）和 Omar M. Yaghi（加州大学伯克利分校），以表彰他们创制金属有机框架材料。这是一类多孔晶体材料，科学家可以在分子层面上调控其内部孔道结构。
事实上，诺贝尔委员会的官方声明特别将“从沙漠空气中采集水”列为这项开创性化学成果的一项现实应用。
这项诺贝尔奖对空气制水（AWG）行业意义重大，主要有两方面原因。
首先，它使基于吸附材料的空气制水走出小规模实验室研究。如今这项技术获得了广泛的科学认可，这有助于吸引投资、建立商业合作，并赢得政府科研资助。
其次，它清晰区分了两种不同的空气制水技术。当今商用市场主要使用主动式制冷循环空气制水机；与此同时，新一代吸附循环式空气制水系统正在走来。这类系统能大幅降低能耗，尤其是在干燥的沙漠地区。
1. 金属有机框架材料究竟是什么
金属有机框架材料（MOF）是一类多孔晶体材料，由金属离子节点与有机连接分子构成其结构。
最重要的是，MOF 拥有极大的内部比表面积。例如，一克常见 MOF 的内部表面积可相当于一个足球场。 此外，化学家可以设计其孔道结构，使其吸引特定种类的分子。
在空气制水这一议题上，MOF 有一个关键特性：能够选择性吸收水蒸气。工程师可以构建出即使在湿度低至 10‑20% RH 时仍能从空气中捕获水分子的 MOF 材料。 然后，只要稍稍加热这种材料，它就会释放出收集到的水分。
这种“吸附—脱附”两步循环催生了完全不同的空气制水机设计。 当今的商用空气制水机全部依赖压缩机驱动的制冷循环。相比之下，这套基于 MOF 的系统遵循的是另一套原理。
2. 近期研究突破
自这项获诺奖认可的基础化学确立以来，空气制水应用已从理论走向工程化。以下三项近期成果展示了这一发展轨迹：
- 垂直取向 MOF 纳米片膜（《Nature Communications》，2024 年）。 有研究团队报道了一种复合膜：在水凝胶基底上生长垂直取向的 MOF 纳米片（MOF-CT/PVA），形成超亲水通道，使被吸附的水快速穿过结构。据报道，其吸水动力学显著优于单组分 MOF 吸附剂，从而解决了吸附式空气制水长期存在的瓶颈之一。
- MOF 衍生的纳米多孔碳（《Nature Nanotechnology》，2022 年，持续推进中）。 南京大学的一个研究团队以铜卤化物 MOF 为前驱体制备出一种纳米多孔碳吸附材料。该材料兼具快速水扩散通道（孔径约 1 nm，吸附位点密度 40%）和强光热特性，使纯太阳能驱动的被动式空气制水装置成为可能：在 30% 相对湿度下，仅以阳光作为唯一能量输入，每千克吸附材料每小时可产水约 0.18 升。
- 水解稳定型超微孔 MOF（2026 年）。 另一条研究路线针对 MOF 的历史短板——许多 MOF 在液态水中会崩解——采用膦酸盐框架和混合配体策略加以解决。近期报道的超微孔 MOF（孔道截面约 4 × 2 Ų）在循环与潮湿条件下表现出超过两年的结构稳定性，这是任何需要每日循环运行的商用空气制水产品所必需的前提。
3. 为何当今商用空气制水机仍以压缩机为基础
目前所有规模化出货的商用空气制水机——包括 ZENIUS 等企业生产出口的 Aquaura 与 ZEN 系列——都采用蒸汽压缩制冷循环，将温暖潮湿空气中的水蒸气冷凝到冷却后的换热器上，再将冷凝水送入多级过滤。这一架构可靠、技术成熟，并依托于压缩机、换热器和制冷剂的成熟全球供应链。
吸附式空气制水机的原理截然不同。它不通过冷却空气来冷凝水分，而是由吸附材料在环境温度下从空气中吸附水分子，随后在吸附材料受热时将其释放——热源可以是阳光、废热或低品位电加热器。由于系统无需用制冷循环去对抗汽化潜热，其理论能耗大幅降低。实际系统在制水环节也没有压缩机、没有制冷剂、没有运动部件。
瓶颈一直在于材料：一种可用的吸附材料既要在低湿度下有高吸水量，又要有足够快的动力学，才能在紧凑设备中实现每天数升的产水量。上述 2024–2026 年的成果表明，这一瓶颈正在被攻克。
4. 这对空气制水行业意味着什么
三项短期影响已经显现：
- 资金与补助流向。 自 2023 年以来，美国、欧盟、中国、日本、新加坡及海湾地区的国家科学基金机构都扩大了空气制水与直接空气捕集方向的资助计划。诺贝尔奖使这些计划在预算审议中更容易获得支持，也更容易转化为 MOF 空气制水的试点部署。
- 合作活动。 上述突破性论文背后的若干学术团队，已与工业级空气制水及海水淡化代工厂商签署研究协议。预计吸附循环原型机将在 2026 至 2028 年间开始现场条件下的试点测试。
- 政策框架。 MOF 空气制水如今在水安全规划中已经站得住脚——它是一项有可靠科学依据的“后诺贝尔奖”技术，而非投机性的研究赌注。对于那些政府水务主管部门必须为长周期基础设施投资提供论证的市场而言，这一点对项目融资意义重大。
对于当前以压缩机为主导的商用空气制水机市场而言，这些进展并不会立刻带来颠覆。现有产品品类仍在持续改进能效、制冷剂选型以及与下游过滤的集成。吸附式空气制水机即便真正达到商用规模，也更可能占据一个并行的位置——尤其是在低湿度地区：在那里制冷循环式空气制水机的产水量急剧下降，而吸附动力学反而更有利。
5. 展望：两条空气制水技术路线并行推进
到 2030 年之前较为现实的图景不是“MOF 空气制水取代压缩机式空气制水”，而是“两条技术路线并行成熟”。在对体积紧凑性和每日产水量可预期性要求最高的家用与轻型商用部署中，压缩机式空气制水机仍将占据主导。而依托水解稳定型 MOF 材料以及正在推进的工程化工作，吸附式空气制水机最早可能落地的商用场景包括：
- 干旱地区部署场景——由于环境湿度低于 30%，制冷循环机型在此表现不佳。
- 主要依靠太阳能热或低品位废热驱动的离网安装场景——在这些场景中，无压缩机设计在成本和维护上构成结构性优势。
- 人道主义和野外部署场景——在这类场景中，结构简单、坚固耐用和长维护间隔比峰值日产水量更重要。
对于当前正在评估空气制水技术的买家，务实的结论是：市面上现有的压缩循环式机型仍是大多数住宅、酒店和小型商用场景的正确选择。吸附循环路线值得密切关注——并且在干旱和离网细分场景中，其独特优势已经与需求高度契合，足以支撑早期试点部署。
ZENIUS 空气制水机系列
ZENIUS 生产并出口 Aquaura 家用系列（12–100 升/天）与 ZEN 工业系列（200–6,000 升/天）压缩循环式空气制水机产品线，已在阿联酋、沙特阿拉伯、卡塔尔、新加坡、马来西亚和美国形成有据可查的部署案例。如需吸附循环式空气制水试点项目的技术简报，或压缩循环式空气制水机的部署报价，请联系 zenius.vip/contact-us。
