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太陽能是地球上最豐富的可再生清潔能源，但其間歇性及天氣、地域等因素限制了其廣泛應用。太陽能光熱燃料（Solar Thermal Fuels），可將太陽的光能轉化成化學能長期存儲，并能在特定刺激條件下以熱能的形式釋放應用，成為近些年來太陽能熱利用技術研究領域的熱點。然而，當前研究關注的太陽能光熱燃料，主要為具有不同分子構象能量差的分子基材料，在實際規(guī)模化應用中面臨著諸多挑戰(zhàn)。

近日，中國科學院大連化學物理研究所史全研究員熱化學團隊，基于化學熱力學原理與實驗指導，在前期時空相變材料（Spatiotemporal Phase Change Materials）研究基礎上，通過調控相變熱力學行為與引入光熱轉化單元，開發(fā)了一種具有熱能長期儲存與可控釋放、且兼具光熱轉化功能的赤蘚糖醇基復合相變材料，并提出其可作為一種新型的太陽能光熱燃料。

這種復合相變材料通過聚合物載體與赤蘚糖醇分子間的相互作用，可將相變潛熱長期存儲于過冷液相材料中，繼而通過熱引發(fā)或機械觸發(fā)的方式可控釋放出相變潛熱；同時，光熱轉化單元賦予了復合材料優(yōu)異的光熱轉化特性，實現(xiàn)了太陽能轉化為熱能存儲在復合相變材料中。實驗結果表明，復合相變材料能夠室溫穩(wěn)定存儲熱能一個月以上，可控觸發(fā)釋放的潛熱能夠使體系溫度上升至91 °C。

與分子基太陽能光熱燃料相比，這種復合相變材料制備方法簡單、原料廉價易得、儲熱性能穩(wěn)定，尤其在可見光波段具備光熱轉化能力，有望實現(xiàn)材料規(guī)模化制備與技術應用。該研究工作為時空相變材料的應用及太陽能熱利用技術的發(fā)展提供了新方向。

論文信息

Spatiotemporal Utilization of Latent Heat in Erythritol-based Phase Change Materials as Solar Thermal Fuels

Jie Chen,?Yan Kou,?Shihui Zhang,?Xinyu Zhang,?Hanqing Liu,?Huiming Yan,?Quan Shi

Angewandte Chemie International Edition

DOI:?10.1002/anie.202400759

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