天津大学在双枝偶氮苯/石墨烯杂化材料光热存储上取得重要研究成果

全球日益增长的能源需求迫使我们寻找新的能源来源来应对化石燃料消耗殆尽的未来。地球上储量最大和分布最广的能源是太阳能，有机分子的光致异构化是实现太阳能闭合储存的理想方法。偶氮苯（Azo）因其独特的光致异构化现象，即其顺反异构的转化伴随着能量的吸收和释放，并以石墨烯作为模板进行复合，有望作为一种高效的光热燃料（PTF）。

天津大学材料科学与工程学院封伟教授课题组经过近10年的深入研究，在多项国家自然科学基金面上项目、国家自然科学基金重点项目等的大力支持下已经在偶氮苯/碳基复合光热存储材料的制备及光热存储与可控释放等方面取得了一系列显著成果，先后解决了传统偶氮苯光热燃料半衰期短，储能容量小，可控性差等缺陷，有望在光热存储方面取得广泛应用。

两种双枝偶氮苯/石墨烯杂化材料的顺反异构化示意图以及红外热像图

近日，该课题组的硕士研究生赵肖泽等人以密度泛函理论（DFT）模拟计算为依据，设计并成功合成了两种双枝偶氮苯分子衍生物（bisAzo）。研究表明，双枝偶氮苯分子由于其自身的特殊结构能够提高分子内相互作用力和空间位阻并变相地提高接枝密度；采用还原氧化石墨烯作为模板，通过偶氮苯分子的紧密排列和与石墨烯模板的协同作用，再加之可控的氢键调节有望获得高接枝密度，长半衰期，高能量密度的太阳能储热杂化材料（rGo-bisAzo）。该rGo-bisAzo光热燃料表现出长达37天的半衰期和超过50次的循环稳定性；并且具有高达131 Wh/kg的能量密度，该成果是目前国际上相同体系所报道的最高值。

此外，该团队首次制备出基于碳材料的全固态光热燃料薄膜，并且深入研究了偶氮苯分子在以薄膜形式紧密堆积的石墨烯片层上的光致异构化性质，并通过多方面参数的调节达到燃料薄膜光热存储转化与释放的可控性。光热燃料走向全固态化有望攻克相关材料难以得到实际应用的巨大瓶颈。经研究表明，该光热燃料薄膜在加速回复放热的条件下可以使环境温度得到15°C的显著提升。该研究成果受到了国家杰出青年基金（51425306）以及国家自然科学基金重点项目（NO.51633007）的大力支持。目前，相关成果已发表在CHEMSUSCHEM上。

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