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  分子太陽能熱儲能（MOST）能夠將太陽能儲存在分子結構中，再通過外界刺激（光、熱等）將太陽能轉變為熱能釋放。偶氮苯基分子太陽能熱儲能材料大多數只能對UV波段的光吸收，而這部分能量只占太陽能光譜總能量的3%左右，因此如何實現全太陽能光譜利用提高太陽能的利用率仍是一個挑戰。

  近期，江南大學紡織科學與工程學院王潮霞教授團隊提出一種基于分子太陽能儲能的全太陽能光譜吸收織物（VSSF），能夠有效增加對太陽光譜的利用率。通過將十四烷氧基偶氮苯分子和十四醇相變分子混合，實現對異構能以及相變能的吸收，并且能夠同步光控釋放兩種能量。同時通過分子結合能計算，進一步解釋了偶氮苯光控相變材料相變點原理。該團隊以織物為基材，在織物上建立閉環全太陽能光譜吸收、轉化、儲存和釋放的系統（圖1），太陽能利用率達到4.8%。

圖1 （a）UV-vis-NIR 太陽能光譜吸收、儲存以及釋放系統；（b）UV-vis-NIR反射率光譜；（c）太陽能吸收轉化過程。

  該工作將VSSF應用于光激發自加熱護腕，分別在模擬太陽光（AM1.5，40 mW cm^-2）和藍光（460 nm，40 mW cm^-2）下刺激響應發熱。這種熱的產生歸因于偶氮苯分子異構熱的釋放、相變材料潛熱的釋放以及納米銫鎢青銅粉光熱轉化特性。在關閉光源降溫過程中，相變材料隔熱保溫的性能有利于減緩熱量的散失（圖2）。相對于空白棉織物，在光照400 s內人體體表溫度提升4 ℃（達到37.2 ℃）。

圖2 （a）光激發自加熱護腕表面溫度紅外熱成像儀圖像；在藍光（b）和模擬太陽光（c）刺激下人體體表溫度監控曲線；（d）人體表面溫度降溫曲線。

  有趣的是通過調節刺激響應光的強度，可以用于構建一個光熱起重器。通過PLA形狀記憶材料具有熱致形變的性能（響應溫度為60 ℃），設計VSSF對PLA進行有效控制形變，而這個形變可以作為一種力將重物抬起。在模擬太陽光（AM1.5，80 mW cm^-2）刺激下，充能和未充能狀態下VSSF的發熱溫度不同，分別為65 ℃和55 ℃。因此充能后的VSSF在太陽光刺激下能夠激發PLA產生形變回復，從而舉起自身3倍重量的物體，實現光熱驅動（圖3和視頻1）。

圖3（a）光熱起重器示意圖；（b）不同光照時間下光熱起重器光學照片。

該團隊通過分析顏色性能（K/S值）與異構程度之間的關系，實現對VSSF儲能以及放能過程中可視化監控。在UV光照刺激下，由于偶氮苯的光致異構性能，顏色呈現規律行變化，并且在偶氮苯異構回復過程中，顏色能夠“原路返回”。顏色的變化歸因于偶氮苯光致變色性能，即偶氮苯順反異構的比例影響整體顏色的變化。同時偶氮苯異構比例與儲能狀態成正比例關系，因此通過建立顏色與異構程度的關系，可以快速、直觀、實時反映能量的儲存狀態（圖4）。

圖4（a）在光照刺激下顏色參數（a*和b*）變化；（b）UV光照下K/S光譜變化；（c）隨UV光照和藍光光照，在450 nm下K/S值變化曲線；（d）K/S值、異構程度以及能量儲存關系曲線；（e）顏色循環性能。

  該成果以“Wearable solar energy management based on visible solar thermal energy storage for full solar spectrum utilization”為題目發表在《Energy Storage Materials》上，第一作者為江南大學博士研究生費良，江南大學紡織科學與工程學院王潮霞教授和廣西科技大學張守峰副研究員為該文章的共同通訊。該工作獲得了國家自然科學基金、廣西科學技術廳等項目的資助。

  論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.ensm.2021.07.049