我所开发出可作为太阳能光热燃料的时空相变材料

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近日，我所氢能与先进材料研究部热化学研究组（DNL1903组）史全研究员团队基于化学热力学原理与实验指导，在前期时空相变材料（Spatiotemporal Phase Change Materials）研究基础上，通过调控相变热力学行为与引入光热转化单元，开发了一种具有热能长期储存与可控释放且兼具光热转化功能的赤藓糖醇基时空相变材料，可作为一种新型的太阳能光热燃料。

太阳能是地球上最丰富的可再生清洁能源，但其广泛应用受到间歇性、天气、地域等因素的限制。太阳能光热燃料（Solar Thermal Fuels）可以将太阳光能转化为化学能进行长期存储，并可在需要时通过特定方式诱导该能量以热能的形式释放，是近年来太阳能热利用技术研究领域的热点。然而，当前对太阳能光热燃料的研究主要集中在具有不同分子构象能量差的分子基材料上，在实际规模化应用中面临着诸多挑战。

史全团队自2018年提出时空相变材料的设想以来，一直致力于开发具有时空储热特性的复合相变材料。这类复合相变材料通过复合载体改变储能分子间的相互作用，可将相变潜热长期存储于材料的过冷态中，继而再通过特定的方式触发冷结晶过程，可控地释放储存的潜热（J. Energy Chem.，2023；Mater. Today Sustain.，2023）。

本工作在前期研究的基础上，开发了一种具有光热转化功能的赤藓糖醇基复合相变材料。实验结果表明，引入光热转化单元后，该复合相变材料展现出优异的光热转化特性，经同一光源相同时长的光照后能达到的最高温度从48 °C提升至97 °C，实现了太阳能向热能的转化与存储。此外，该复合相变材料能够在室温条件下稳定存储热能一个月以上，随后可通过简单的热诱导或机械触发的方式释放出储存的潜热，该过程的冷结晶焓值达到224.9 J/g，释放的潜热可将体系从室温（25 °C）加热至91 °C。

本工作报道的复合相变材料制备方法简单、原料廉价易得、储热性能稳定，尤其在可见光波段具备光热转化能力，有望实现材料规模化制备与技术应用。本工作为时空相变材料的应用及太阳能热利用技术的发展提供了新方向。

相关研究成果以“Spatiotemporal Utilization of Latent Heat in Erythritol-based Phase Change Materials as Solar Thermal Fuels”为题，发表在《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）上。该工作的共同第一作者是我所DNL1903组硕士研究生陈杰、寇艳副研究员、博士后张施慧。上述工作得到国家重点研发、国家自然科学基金等项目的资助。（文/图 张施慧）

文章链接：https://doi.org/10.1002/anie.202400759