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。近日，天津大學材料學院封偉教授帶領的團隊，通過化學結(jié)構設計，制備了具有高效光伏化學儲熱特性的偶氮苯/石墨烯復合材料，克服了傳統(tǒng)光伏儲熱材料與技術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）出版集團旗下期刊《科學報告》（Scientific Reports）上。

光伏化學儲熱是利用材料的光控化學結(jié)構轉(zhuǎn)變，將光能存儲于亞穩(wěn)態(tài)的化學鍵中，通過可控回復實現(xiàn)熱能的釋放。設計光伏化學儲熱材料的關鍵是提高其儲熱密度和結(jié)構穩(wěn)定性。該研究小組通過控制分子的取代基團，獲得了含不同分子級氫鍵的偶氮苯/石墨烯復合體。利用紫外光誘導下的光致異構化轉(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/石墨烯復合體的亞穩(wěn)態(tài)結(jié)構的半衰期達到5400小時，比普通偶氮苯染料半衰期長10倍；同時復合材料的光伏儲熱密度可達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基金的支持。目前，該團隊正在通過優(yōu)化復合材料的儲熱密度和循環(huán)穩(wěn)定性，并構建基于該材料的光伏化學儲熱裝置，探索其在溫差控制系統(tǒng)等相關領域的應用可行性。