《具有高能存儲與可控釋放特性的光敏分子的基礎研究》是依託天津大學，由馮奕鈺擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：具有高能存儲與可控釋放特性的光敏分子的基礎研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：馮奕鈺
- 依託單位：天津大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
具有可逆光致異構化轉變特性的光敏分子可形成多個分子級相互作用，從而改變其電子結構,異構體之間的能極差和熱穩定性，因此控制光敏分子的化學結構和空間構型是實現其光熱存儲與釋放的重要途徑。本項目擬以通過分子設計實現光敏碳複合材料的光熱存儲與可控釋放為目標，將不同結構的偶氮分子共價接枝到石墨烯表面，製備具有光誘導熱存儲與可控釋放特性的偶氮/石墨烯複合體。通過控制偶氮苯的取代基（吸/供電子）、接枝密度和空間構型（棒狀/彎曲態），實現其在碳納米模板表面的規則排列，利用石墨烯片層間的疊積作用，使得順/反異構體之間形成分子間/內相互作用（氫鍵），提高單分子能極差，延長順式結構的熱回復時間，改善其可見光誘導可控釋放的能力，顯著提高複合體的光熱存儲容量、熱穩定性和釋放的可控性。結合理論模擬計算，揭示石墨烯表面的偶氮苯的分子相互作用實現複合材料的高能存儲與釋放的基本規律，為開發長效可逆光熱轉換技術奠定材料基礎。
結題摘要
偶氮苯分子獨特的光致異構化轉變是實現光熱轉換、存儲與釋放過程的關鍵。針對偶氮基分子存在的光熱存儲能量密度低、穩定性差的問題以及在固態熱燃料套用上面臨的挑戰，本項目在分子和結構設計基礎上，通過共價功能化方法，獲得了三種雙枝偶氮苯/石墨烯光熱雜化材料，在分子級別上調控其相互作用和空間位阻，實現了光熱存儲密度和儲存周期的顯著提升。總結了分子間氫鍵、接枝密度和空間位阻對於提高儲熱密度、穩定性和可控釋放特性的規律，揭示了偶氮分子在光吸收、轉換、存儲與釋放循環過程中的結構轉變與能量利用基本規律；基於分子設計與結構控制的偶氮基雜化材料為未來設計兼具高能長效存儲與可控釋放特性的光熱轉換材料提供了材料基礎。（1）合成了三種雙枝偶氮苯分子，通過改變接枝密度、分子內/間相互作用與空間位阻實現了光致異構化轉變的調控；（2）利用重氮耦合方法，製備了三種偶氮苯/石墨烯光熱雜化材料，控制分子取代基、接枝密度（1/21）及其在納米模板上的空間構型，形成了多個分子間氫鍵，實現了光致異構化轉變與回復的速率和程度的控制；（3）獲得了光熱存儲能量密度達153 Wh/kg，半衰期可達1320 h，並可實現綠光誘導較快熱釋放（180 min內可調控）的雜化材料；（4）探索了固態光熱能可控釋放套用，通過誘導光熱能將溫度提升8-10℃ ，最大溫差可達15℃，並且溫度在30分鐘內高於環境溫度；
