天津大学新型碳纳米复合材料实现太阳能化学储热获得突破

开发新型太阳能热存储材料已成为探索太阳能高效利用的重要基础。近日，天津大学材料学院封伟教授带领的团队，通过化学结构设计，制备了具有高效光伏化学储热特性的偶氮苯/石墨烯复合材料，克服了传统光伏储热材料与技术存在存储密度低和装置体积庞大等局限性，为实现高密度、长效循环的太阳能储热提供了可能。该成果日前刊发在自然（Nature）出版集团旗下期刊《科学报告》（Scientific Reports）上。

光伏化学储热是利用材料的光控化学结构转变，将光能存储于亚稳态的化学键中，通过可控回复实现热能的释放。设计光伏化学储热材料的关键是提高其储热密度和结构稳定性。该研究小组通过控制分子的取代基团，获得了含不同分子级氢键的偶氮苯/石墨烯复合体。利用紫外光诱导下的光致异构化转变，实现了太阳能的热能存储和可控释放，并通过密度泛函理论计算并验证了复合体的光伏储热效率。实验结果显示，经过分子级氢键的优化，偶氮苯/石墨烯复合体的亚稳态结构的半衰期达到5400小时，比普通偶氮苯染料半衰期长10倍；同时复合材料的光伏储热密度可达269 kJ/kg，是普通偶氮苯染料2倍。

该研究工作得到了国家973计划和国家自然科学基金的支持。目前，该团队正在通过优化复合材料的储热密度和循环稳定性，并构建基于该材料的光伏化学储热装置，探索其在温差控制系统等相关领域的应用可行性。