新型MOF基材料可以长期利用和储存太阳能

来自兰开斯特大学研究人员分析了一种晶体材料，发现它具有能够利用太阳能量的特性。图片来源：Santos Hau

为了缓解气候变化，从化石燃料向可再生能源的转变使得对利用和储存能源的新技术的需求变得至关重要。

来自兰开斯特大学研究人员分析了一种晶体材料，发现它具有能够利用太阳能量的特性。这种能量可在室温下储存数月，并可按需以热量的形式使用。

对这类材料的进一步调整可以使它们在夏季利用太阳欧洲杯足球竞彩能，并在太阳能不足的冬季储存起来使用。

这对于偏远地区的供暖系统或离网系统，或者作为办公室和住宅传统供暖的环保替代品，都是必不可少的。它甚至可以形成一层薄薄的涂层，附着在建筑物表面，或用于汽车挡风玻璃上，在寒冷的冬季早晨，储存的热量可用于玻璃除冰。

一种类型的“金属有机骨架”（MOF）构成了材料的基础。MOF包括一个由碳基分子连接的金属离子网络，以产生3D结构。MOF的一个主要特征是多孔，也就是说，它们可以通过在其结构中添加其他小分子来产生复合材料。欧洲杯足球竞彩

兰开斯特大学的研究人员试图发现，日本京都大学的一个独立研究小组早些时候制备的一种称为“DMO1”的MOF复合材料是否可以用于储能，而这一点以前从未进行过研究。

偶氮苯(一种具有强光吸收特性的化合物)的分子被加载到MOF孔中。这些分子就像光开关——一种“分子机器”，可以根据外界刺激(如热或光)而改变形状。

作为试验的一部分，材料暴露于紫外光下，这导致偶氮苯分子在MOF孔内的形状变化为应变结构。这一过程产生的能量储存类似于弯曲弹簧的势能。

最重要的是，偶氮苯分子被其应变形状的窄MOF孔捕获，这意味着它有可能在室温下长期储存势能。

同样，能量是通过施加外部热量作为触发器来“切换”其状态而释放出来的。这种释放可以非常快——有点像弹簧弹回直线。这提供了一种热助推，可以用来加热其他材料或设备。欧洲杯足球竞彩

进一步的调查显示，这种材料可以储存能量至少四个月。这是这项发现的一个迷人的方面，因为一些光响应材料在几个小时或几天内切换回来。储存能量的更长时间为潜在的跨季节储存铺平了道路。欧洲杯足球竞彩

虽然太阳能存储在光电开关中的概念已经在较早的时候被研究过，但大多数较早的例子都要求光电开关必须存储在液体中。MOF复合材料是固体，而不是液体燃料；因此，它易于控制，化学稳定性好。这使得它更容易形成独立的装置或涂层。

这种材料的功能有点像相变材料，它是用来给手加热器提供热量的。欧洲杯足球竞彩然而，虽然暖手器需要加热来给它们充电，但这种材料的好处是它可以直接从太阳那里获取“免费”能量。它也没有移动或电子部件，因此没有涉及到太阳能的存储和释放的损失.

John Griffin博士，兰开斯特大学材料化学高级讲师欧洲杯足球竞彩

“我们希望，随着进一步的发展，我们将能够制造出储存更多能量的其他材料欧洲杯足球竞彩Griffin博士补充道，他是这项研究的联合首席研究员。

这些原理证明的结果为分析其他多孔材料铺平了道路，这些多孔材料可能在受限光开关概念的帮助下表现出理想的储能性能。欧洲杯足球竞彩

我们的方法意味着有许多方法可以尝试优化这些材料，要么通过改变光开关本身，要么通过多孔主体框架欧洲杯足球竞彩.

Nathan Halcovitch博士，兰开斯特大学的联合调查员

承载光开关分子的晶体材料的其他有希望的应用是数据存储。晶体结构中光开关的清晰排列使它们能够欧洲杯足球竞彩在精确光源的帮助下逐个切换，从而存储类似于CD或DVD的数据，但在分子水平上。

它们还展示了药物传递的潜力——它可以利用光开关将药物锁定在一种材料中，然后在体内需要时利用热或光触发器将药物释放出来。

这种新材料在更长的时间内储存能量的潜力是有希望的，但它的能量密度是有限的。对于该团队来说，下一阶段将是研究其他具有更高储能潜力的MOF结构和补充晶体材料。欧洲杯足球竞彩

期刊参考：

格里菲斯，K。，等（2020）环境条件下MOF基固-固相变材料中的长期太阳能储存。材料化学欧洲杯足球竞彩.doi.org/10.1021/acs.chemmater.0c02708.

资料来源：https://www.lancaster.ac.uk/