近日，大連化物所氫能與先進材料研究部熱化學研究組(DNL1903組)史全研究員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時空相變材料，可作為一種新型的太陽能光熱燃料。
 

　　太陽能是地球上最豐富的可再生清潔能源，但其廣泛應用受到間歇性、天氣、地域等因素的限制。太陽能光熱燃料(Solar Thermal Fuels)可以將太陽光能轉化為化學能進行長期存儲，并可在需要時通過特定方式誘導該能量以熱能的形式釋放，是近年來太陽能熱利用技術研究領域的熱點。然而，當前對太陽能光熱燃料的研究主要集中在具有不同分子構象能量差的分子基材料上，在實際規模化應用中面臨著諸多挑戰。
 

　　史全團隊自2018年提出時空相變材料的設想以來，一直致力于開發具有時空儲熱特性的復合相變材料。這類復合相變材料通過復合載體改變儲能分子間的相互作用，可將相變潛熱長期存儲于材料的過冷態中，繼而再通過特定的方式觸發冷結晶過程，可控地釋放儲存的潛熱(J. Energy Chem.，2023；Mater. Today Sustain.，2023)。
 

　　本工作在前期研究的基礎上，開發了一種具有光熱轉化功能的赤蘚糖醇基復合相變材料。實驗結果表明，引入光熱轉化單元后，該復合相變材料展現出優異的光熱轉化特性，經同一光源相同時長的光照后能達到的最高溫度從48 °C提升至97 °C，實現了太陽能向熱能的轉化與存儲。此外，該復合相變材料能夠在室溫條件下穩定存儲熱能一個月以上，隨后可通過簡單的熱誘導或機械觸發的方式釋放出儲存的潛熱，該過程的冷結晶焓值達到224.9 J/g，釋放的潛熱可將體系從室溫(25 °C)加熱至91 °C。
 

　　本工作報道的復合相變材料制備方法簡單、原料廉價易得、儲熱性能穩定，尤其在可見光波段具備光熱轉化能力，有望實現材料規模化制備與技術應用。本工作為時空相變材料的應用及太陽能熱利用技術的發展提供了新方向。
 

　　相關研究成果以“Spatiotemporal Utilization of Latent Heat in Erythritol-based Phase Change Materials as Solar Thermal Fuels”為題，發表在《德國應用化學》(Angewandte Chemie International Edition)上。該工作的共同第一作者是我所DNL1903組碩士研究生陳杰、寇艷副研究員、博士后張施慧。上述工作得到國家重點研發、國家自然科學基金等項目的資助。(文/圖 張施慧)