摘要：太阳能的高效捕获、转换和存储为推进绿色能源利用带来了巨大希望。然而，原始相变材料（PCMs）在光学捕获和吸收方面存在先天不足。本文，北京师范大学 张晓晨、北京大学申正会 博士后等在《Small》期刊发表名为“Co-anchored Hollow Carboni
1成果简介
太阳能的高效捕获、转换和存储为推进绿色能源利用带来了巨大希望。然而，原始相变材料（PCMs）在光学捕获和吸收方面存在先天不足。本文，北京师范大学 张晓晨、北京大学申正会 博士后等在《Small》期刊发表名为“Co-anchored Hollow Carbonized Kapok Fiber Encapsulated Phase Change Materials for Upgrading Photothermal Utilization”的论文，研究充分利用木棉纤维和 MOFs 衍生碳的优势，采用原位组装和高温热解策略，构建了一种含有弥散分布Co纳米粒子的中空多孔碳纤维管状结构。量身定制的中空多孔结构为PEG提供了足够的封装空间，在保证高负载能力的同时降低了液体泄漏的风险。Co 纳米粒子的均匀分布有利于 PEG 的异质成核和结晶，进一步提高了PEG-CKF@Co/C的热能储存能力。
令人鼓舞的是，将这些复合PCM与商用热电设备相结合，可以随机输入光能，并持续输出稳定的电压和电流，实现光热发电。最后但同样重要的是，复合 PCM 在多次加热-冷却循环后仍能保持良好的耐久性和结构稳定性，显示了其长期应用的潜力。所提出的优势设计为开发用于光热发电的下一代复合 PCM 提供了创新思路。
2图文导读
图1、a) Schematic synthesis of PEG-CKF@Co/C composite PCMs for photothermoelectric generation. SEM images of b) Raw KF, c) Pretreated KF, d,e) KF@ZIF67, f,g) CKF@Co/C-900.
图2、a) XRD pattern, b) Raman spectra, c) XPS spectra of CKF@Co/C. d–f) TEM images of CKF@Co/C-900.
图3、a) DSC curves, b) Phase change enthalpy and c) Phase change temperature of PEG-CKF@Co/C; d) DSC curves, e) Phase change temperature and enthalpy of PEG-CKF@Co/C-900 before and after several days; f) Thermal conductivity, g) Infrared thermal images, h) heat conduction mechanism.
图4、a) UV–vis–NIR absorption spectra, b) Photothermal conversion curves, c) Photothermal conversion efficiencies of PEG-CKF@Co/C; d) Photothermal conversion curves and e) Saturation temperatures of PEG-CKF@Co/C-900 under different light intensities; Photothermoelbectric conversion f) Output voltage curves, g) Output current curves and h) Current–Voltage-Power of PEG-CKF@Co/C-900 under different light intensities.
图5、a) Photothermoelectric conversion mechanism of PEG-CKF@Co/C composite PCMs; b) Photothermal conversion efficiency comparison at different light intensities with the reported literature; c) Comparative performance radar chart.
3小结
总之，我们通过原位合成、高温热解和物理浸渍等策略，设计出了共锚中空碳化木棉纤维封装 PCM（PEG-CKF@Co/C），以加速光热利用。所制备的 CKF@Co/C 集成了高度石墨化的碳、具有 LSPR 效应的 Co 纳米粒子和光敏空心碳纤维，形成了具有低界面热阻的紧凑异质界面，促进了声子和光子的传输。坚固耐用的高容量空心管状结构也有助于提高 PCM 的热存储密度，在经过数天的加热-冷却循环后仍能表现出出色的热耐久性和结构稳定性。均匀分布的 Co 纳米粒子通过促进 PEG 异质成核和结晶，进一步提高了热存储容量。高度石墨化的碳结构和具有 LSPR 效应的 Co 纳米粒子能协同增强光吸收，产生高效的光热转换能力（94.38%，100 mW cm-2）。将 PEG-CKF@Co/C 复合 PCM 与商用热电设备集成，可实现随机光输入和连续稳定的电压和电流输出（309.8 mV、70.0 mA、100 mW cm-2）。这种综合设计策略可推广到其他生物质衍生碳和 MOF 衍生物，为设计用于热电联产的光热复合 PCM 提供了前瞻性见解。
文献：
来源：材料分析与应用
来源：石墨烯联盟