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      新材料可將太陽能儲存數(shù)月甚至數(shù)年

      2021-04-28 01:31:11
      中國科學(xué)探險 2021年1期
      關(guān)鍵詞:光電開關(guān)偶氮紫外線

      如果人類想在利用可再生能源方面做得更好,科學(xué)家們就必須在尋找有效的能量存儲方式上更加努力。據(jù)《材料化學(xué)》雜志報道,英國科學(xué)家已經(jīng)確定了一種可將太陽能存儲數(shù)月乃至數(shù)年的特殊材料——金屬有機(jī)框架(MOF)材料。

      英國蘭開斯特大學(xué)研究人員表示,這種材料的功能有點像用于暖手器供熱的相變材料。但是,MOF的好處是它可以直接從太陽中捕獲免費能源。

      在MOF中,碳基分子通過連接金屬離子形成結(jié)構(gòu)。至關(guān)重要的是,MOF是多孔的,因此它們可與其他小分子形成復(fù)合材料。通過添加吸收光的化合物偶氮苯分子,最終形成的復(fù)合材料能在室溫下將吸收的紫外線能量儲存至少四個月,然后再釋放出來。這是對目前大多數(shù)光響應(yīng)材料所實現(xiàn)的能存儲幾天或幾周能量的重大突破。

      偶氮苯作為光開關(guān)——一種分子機(jī)器,可對外部刺激(例如光或熱)作出響應(yīng)。在紫外線的作用下,分子在MOF孔框架中停留的同時改變形狀,有效地存儲了能量。向復(fù)合MOF材料施加熱量會觸發(fā)能量的快速釋放,該能量本身會散發(fā)出熱量,然后可潛在地用于加熱其他材料或設(shè)備。

      研究人員表示,盡管過去的研究也關(guān)注將太陽能存儲在光電開關(guān)中,但通常需要將其保存在液體中。轉(zhuǎn)換為MOF復(fù)合固體意味著該系統(tǒng)更易于裝配且化學(xué)穩(wěn)定性也更高。該材料沒有移動或電子部件,因此在存儲和釋放太陽能方面也不會損失。

      測試表明該材料一次可以保持?jǐn)?shù)月的能量,但材料的能量密度卻相對較低。不過,可對本研究中使用的設(shè)置進(jìn)行調(diào)整來改善結(jié)果。

      研究人員稱,盡管該材料仍需做一些改進(jìn)才能使其在商業(yè)上可行,但最終可用于為汽車擋風(fēng)玻璃除冰,或為家庭和辦公室提供額外的熱量。像這樣的光電開關(guān)在數(shù)據(jù)存儲和藥物輸送中也有潛在的應(yīng)用。隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,有望制造出能夠存儲更多能量的其他材料,從而帶來另一種經(jīng)濟(jì)高效且可靠的能量存儲方式。

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