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  對非食用淀粉等天然高分子高值化利用有助“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)達(dá)成和解決石油基聚合物導(dǎo)致的環(huán)境污染和能源危機(jī)等問題。淀粉氣凝膠可以糊化、凍干等制備方式對其顆粒織態(tài)進(jìn)行破壞，獲具低成本和密度、大比表面積、高孔隙率三維多孔結(jié)構(gòu)，應(yīng)用價值高。但化學(xué)未交聯(lián)淀粉氣凝膠抗極性溶劑性能差，且其多孔結(jié)構(gòu)易塌縮導(dǎo)致難有效調(diào)控其微觀結(jié)構(gòu)。為克服上述問題，華南理工大學(xué)張水洞課題組采用熱塑加工（擠出和密煉等）提高界面反應(yīng)形成鹽橋和可逆動態(tài)鍵的效率，制備微觀形態(tài)可控和超高強(qiáng)度（>80MPa）的淀粉氣凝膠，并展示原位光降解和光-熱-電高效轉(zhuǎn)化的性能，在環(huán)境污染和可持續(xù)能源領(lǐng)域具潛在應(yīng)用價值。

  隨后，該課題組進(jìn)一步利用結(jié)構(gòu)可控的羧基淀粉、環(huán)氧化天然橡膠和羧基化碳納米管通過熱塑界面反應(yīng)制備淀粉vitrimers^[3]。進(jìn)而采用溶脹及冷凍干燥，獲得孔徑高達(dá)152.9 μm全通孔的淀粉vitrimers氣凝膠(有助于高效填充相變材料)，經(jīng)過4次反復(fù)熱塑加工，該氣凝膠強(qiáng)度仍具44MPa。以PEG為負(fù)載相變材料的淀粉vitrimers氣凝膠基相變復(fù)合材料（PCC）壓縮強(qiáng)度高達(dá)85.8 MPa。羧基淀粉vitrimers氣凝膠與PEG形成較強(qiáng)的氫鍵作用力，從而獲得優(yōu)異的抗泄露性能。當(dāng)羧基化碳納米管含量僅為0.8%，將PCC與溫差發(fā)電片組裝的光-熱-電（STE）發(fā)電機(jī)能在-10 °C和10 mW cm^-2光強(qiáng)條件下，能在300秒內(nèi)產(chǎn)生20 °C、325 mV輸出電壓和45 mA電流等能量,并且保持穩(wěn)定的能量輸出，從而為寒冷地區(qū)自供熱和自供電提供新策略。該研究工作以“Ultrastrong and reusable solar?thermal?electric generators by economical starch vitrimers”為題，發(fā)表在《Small》雜志上。 

圖 2. (a) MEC和PCC制備過程和反復(fù)熱塑加工性能。

 圖 3. (a) STE發(fā)電機(jī)示意圖及光熱轉(zhuǎn)化性能。

  基于CNNT在高直徑的通孔淀粉氣凝膠開孔壁上的有序分布，PCC對自然光具有超寬波長范圍的吸收，從而能實(shí)現(xiàn)高效的光-熱-電轉(zhuǎn)化效率，能產(chǎn)出高達(dá)102.4°C及其對應(yīng)的電壓和電流(輻照光強(qiáng)度為200 mW cm^-2)，優(yōu)于已有文獻(xiàn)報道。當(dāng)外界溫度越低，其產(chǎn)熱和產(chǎn)電能力能獲得提升。

  參考文獻(xiàn)

  [1] Li X., Gao, B., Zhang, S*. Carbohyd. Polym., 10.1016/j.carbpol.2022.120107.

  [2] Gao, B.; Zhang, C.; Chen, Y.; Zhang, S*. Carbohyd. Polym., 10.1016/j.carbpol.2023.121342.

  [3] Gao, B.; Ku, H; Chen, Y.; Zhang, S*. Small. 10.1002/smll.202401706.

  https://doi.org/10.1002/smll.202401706