由于水分子的氧亲核，而MOF的金属中心亲电，二者的长期接触会导致MOF晶格的破坏，因此适用于AWH的MOF必须具有良好的水稳定性. MOF自身的水稳定性可以从热力学和动力学两方面进行评价[22]. 根据硬软酸碱理论，高电荷的金属阳离子（硬酸），例如Zr4+、Al3+和Cr3+倾向于和羧酸盐配体（硬碱）的氧原子形成更强的配位键[12 − 13, 23]；而二价金属阳离子（软酸），例如Zn2+和Cu2+倾向于和唑类配体（软碱）的氮原子形成更强的配位键[24 − 25]，从而形成热力学更稳定的MOF. 而由高配位数SBU，例如Zr6O4(OH)4(—COO)12和（Al(OH)(—COO)2)∞构建的MOF，可通过空间位阻抵抗水分子对配位键的进攻，从而表现出良好的动力学稳定性[13, 26 − 27]. 配体的刚性对于MOF的动力学水稳定性也至关重要，例如UiO-67虽然具有和UiO-66相似的配位键键能和相同的拓扑结构[26]，但由于UiO-67配体的柔性更强，其水稳定性显著低于UiO-66[28]. MOF水稳定性可通过XRD进行评估[29 − 30]. 由MOF水解导致的结晶度下降往往表现为XRD衍射峰变宽或强度减弱，因此通过比较MOF在水吸附前后的XRD图谱，可以有效地判断MOF的水稳定性，并给出定性的信息. 同时，XRD对MOF水解产生的少量无定形相不敏感，因此需要结合比表面积测试来补充分析[29 − 30]. 应用于AWH的MOF还应尽量满足以下条件：（1）较高的水饱和吸附量（2）较高的亲水性和（3）较低的再生温度[31 − 32]. 此外，近年来水在MOF上的吸附和解吸动力学也逐渐成为评价其在AWH领域商业化应用前景的重要指标[33].

表1 列出了近10年AWH领域研究较为广泛的MOF，图4a展示了这些MOF的水吸附等温线.

这些MOF根据孔径可分为两类：主要以毛细管冷凝为水吸附机制，水饱和吸附量较高的介孔MOF（例如MIL-101（Cr）和MIL-100（Fe））和主要以孔隙填充为水吸附机制，拐点较低的微孔MOF（例如MOF-801、UiO-66和MOF-303等）.

Chang等[12]于2012年报道了介孔MOF MIL-100（Fe）和MIL-101（Cr）用于高效空气除湿的研究，发现这两种材料在60% RH条件下吸附水蒸气达到饱和后，可在70 ℃干燥N2流中10 min内全部解吸. 基此，他们首次提出了应用这两种MOF进行AWH的可能性. Eddaoudi等[38]合成了一种新型介孔MOF材料Cr-soc-MOF-1，其水饱和吸附量高达1.95 g·g−1，是目前所有MOF、碳和无机材料中的最高值. 然而介孔MOF在低RH下的水吸附能力较弱，不利于在干旱地区进行AWH. 此外，由于介孔MOF孔径较大，水分子在孔道内的毛细管冷凝使得解吸需要更多的能量，且可能导致结构不稳定. 为了解决这些问题，Lu等[32]提出了一种针对介孔MOF的改性方法，通过引入卤离子替代MOF-808中节点缺陷处的甲酸根离子，增强了MOF-808的水稳定性，实现了其在低RH条件下的高水吸附容量（25 ℃，30% RH， 0.65 g·g−1）.

微孔MOF由于其在低RH下的高吸附性能和低再生温度，被认为是AWH的理想材料. MOF-801的水吸附拐点位于0.08，在30% RH时其水吸附能力已达到饱和吸附量（0.33 g·g−1）的88%，且表现出良好的循环稳定性[13, 39]. Yaghi等[27]开发了一种新型铝基MOF，即MOF-303. 该材料相较于MOF-801具有更快的水吸附/解吸速率（完整的集水循环仅需要10 min），和更高的水饱和吸附量（0.48 g·g−1），在相同的条件下其产水量较MOF-801增加114%. 但是，相较于介孔MOF，微孔MOF的孔容积较小，其水饱和吸附量通常较低.

UiO-66和MOF-801具有相同的fcu拓扑结构，但二者的配体长度不同. 具有较长配体的UiO-66结构更疏水，其拐点较MOF-801向更高的P/P0方向移动. 但由于UiO-66的孔容积更大，因此其水饱和吸附量比MOF-801高约54%. 并非所有具有相同拓扑结构的MOF都遵循这一规律. 例如以4,4’-联苯二甲酸为配体的UiO-67虽然其孔容积高达0.99 cm3·g−1，但水饱和吸附量仅有0.29 g·g-1[40]，主要是由于配体疏水性较对苯甲酸增加所致 [40 − 41] .

MOF的AWH应用前景需要综合考虑材料的亲水性，水吸附/解吸动力学和水稳定性等指标. 在表1总结的MOF材料中，MOF-303可能具有最佳的AWH应用前景. 它具有以下优点：低拐点（0.15）有利于实现干旱条件下AWH应用[27]；适中的吸附热（52 kJ·mol−1）有利于在温和条件下水解吸[42]；水吸附动力学快：30 ℃，40% RH条件下80 min吸附饱和[42]；循环稳定性高：150次水吸附解吸循环后，材料结构和吸水容量仍保持稳定[27]；已实现原料商业化供应的千克级水相绿色合成[43]. 其他一些MOF，如MOF-801、MOF-841、MIL-160和CAU-10，也具有较好的AWH应用前景，因为它们都表现出高水稳定性，具有低拐点或狭窄的吸附/解吸区间，但水解吸温度较高或水吸附/解吸动力学较慢[27, 37, 44]. 再次，MOF-808、Al-fum，UiO-66、DUT-67、MIL-101（Cr）和MIL-100（Fe）由于拐点较高，在低RH条件下难以实现有效水吸附，故AWH应用前景有待进一步开发. 最后，HKUST-1的水稳定性较差（在25 ℃，90% RH条件下3 d后结构发生崩解[30]），无法单独应用于AWH，需要通过材料复合等方式改进水稳定性.

向MOF材料的配体上引入亲水性官能团，例如—OH、—NH2和—SO3H等，可以有效增强MOF在低P/P0区间的水吸附，使得一些拐点较高的MOF材料更适合在低RH条件下中开展AWH工作. Kitagawa等[19]对MIL-101（Cr）进行了亲水基团（—SO3H、—NH2）的修饰，发现修饰后的MIL-101（Cr）具有约0.8—1.2 g·g−1的水饱和吸附量和降低至0.34—0.42的拐点（图4b）；Walton等[45]报道了UiO-66-NH2的拐点为0.15，显著低于UiO-66的0.28；UiO-67-（NH2）2拐点（0.22）较UiO-67（0.57）显著降低[40]. 另一方面，疏水性官能团，例如—CH3、—OCH3和—CF3等，则可以阻碍水分子攻击配位键而提高MOF的水稳定性，同时MOF孔道仍可吸附水分子[34, 46]. Zhong等[47]对UiO-67进行了邻位—CF3修饰，发现修饰后的UiO-67在沸水中处理1 d和常温水中处理60 d均未损失结晶度和比表面积（UiO-67在常温水中仅1 d就降解为ZrO2[28]）. 然而，引入的官能团会占用部分孔容积，降低水饱和吸附量. 并且MOF工业化生产的总成本主要由配体和金属盐构成[48]，使用成本更高的官能团修饰的配体可能不利于提高商业竞争力.

相同晶胞周期性无限排列的完美MOF晶体并不存在，与理想有序MOF晶体结构的偏差被定义为MOF的缺陷[49]. 不同文献报道的UiO-66的水饱和吸附量数据间差异可达28%[13, 34]；MOF-801单晶样品的水饱和吸附量仅为粉末样品的78%[13]，这可能都源于不同合成策略导致MOF结构上的缺陷差异. Snurr等[50]利用蒙特卡罗模拟方法研究了这一问题，通过羟基替换对苯二甲酸配体构建了缺陷的UiO-66，模拟结果如图5所示：理想的无缺陷UiO-66在低P/P0下几乎不发生水吸附；缺陷使MOF的亲水性增加，从而使模拟水吸附曲线更贴近实验曲线. Grenev等[51]对CAU-10也进行了模拟缺陷计算得出了相同的结论. 缺陷可以增加MOF材料的比表面积和孔容量，提供更多的活性位点和吸附空间，促进孔结构中团簇水和冷凝水的形成，从而增强其对水分子的吸附能力，但这也会降低MOF的水稳定性和结构强度[49, 52]. 因此在引入缺陷时需要权衡其数量和类型，在不影响稳定性的前提下调控MOF的水吸附性能.