開發(fā)新型太陽能熱存儲材料已成為探索太陽能高效利用的重要基礎(chǔ)。近日，天津大學(xué)材料學(xué)院封偉教授帶領(lǐng)的團(tuán)隊，通過化學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計，制備了具有高效光伏化學(xué)儲熱特性的偶氮苯/石墨烯復(fù)合材料，克服了傳統(tǒng)光伏儲熱材料與技術(shù)存在存儲密度低和裝置體積龐大等局限性，為實現(xiàn)高密度、長效循環(huán)的太陽能儲熱提供了可能。該成果日前刊發(fā)在自然（Nature）出版集團(tuán)旗下期刊《科學(xué)報告》（Scientific Reports）上。

光伏化學(xué)儲熱是利用材料的光控化學(xué)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，將光能存儲于亞穩(wěn)態(tài)的化學(xué)鍵中，通過可控回復(fù)實現(xiàn)熱能的釋放。設(shè)計光伏化學(xué)儲熱材料的關(guān)鍵是提高其儲熱密度和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。該研究小組通過控制分子的取代基團(tuán)，獲得了含不同分子級氫鍵的偶氮苯/石墨烯復(fù)合體。利用紫外光誘導(dǎo)下的光致異構(gòu)化轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)了太陽能的熱能存儲和可控釋放，并通過密度泛函理論計算并驗證了復(fù)合體的光伏儲熱效率。實驗結(jié)果顯示，經(jīng)過分子級氫鍵的優(yōu)化，偶氮苯/石墨烯復(fù)合體的亞穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)的半衰期達(dá)到5400小時，比普通偶氮苯染料半衰期長10倍；同時復(fù)合材料的光伏儲熱密度可達(dá)269 kJ/kg，是普通偶氮苯染料2倍。

該研究工作得到了國家973計劃和國家自然科學(xué)基金的支持。目前，該團(tuán)隊正在通過優(yōu)化復(fù)合材料的儲熱密度和循環(huán)穩(wěn)定性，并構(gòu)建基于該材料的光伏化學(xué)儲熱裝置，探索其在溫差控制系統(tǒng)等相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用可行性。