如果人類(lèi)想在利用可再生能源方面做得更好，科學(xué)家們就必須在尋找有效的能量存儲(chǔ)方式上更加努力。據(jù)最新一期《材料化學(xué)》雜志報(bào)道，英國(guó)科學(xué)家已經(jīng)確定了一種可將太陽(yáng)能存儲(chǔ)數(shù)月乃至數(shù)年的特殊材料——金屬有機(jī)框架(MOF)材料。
英國(guó)蘭開(kāi)斯特大學(xué)研究人員表示，這種材料的功能有點(diǎn)像用于暖手器供熱的相變材料。但是，MOF的好處是它可以直接從太陽(yáng)中捕獲免費(fèi)能源。
在MOF中，碳基分子通過(guò)連接金屬離子形成結(jié)構(gòu)。至關(guān)重要的是，MOF是多孔的，因此它們可與其他小分子形成復(fù)合材料。通過(guò)添加吸收光的化合物偶氮苯分子，最終形成的復(fù)合材料能在室溫下將吸收的紫外線能量?jī)?chǔ)存至少四個(gè)月，然后再釋放出來(lái)。這是對(duì)目前大多數(shù)光響應(yīng)材料所實(shí)現(xiàn)的能存儲(chǔ)幾天或幾周能量的重大突破。
偶氮苯作為光開(kāi)關(guān)——一種分子機(jī)器，可對(duì)外部刺激(例如光或熱)作出響應(yīng)。在紫外線的作用下，分子在MOF孔框架中停留的同時(shí)改變形狀，有效地存儲(chǔ)了能量。向復(fù)合MOF材料施加熱量會(huì)觸發(fā)能量的快速釋放，該能量本身會(huì)散發(fā)出熱量，然后可潛在地用于加熱其他材料或設(shè)備。
研究人員表示，盡管過(guò)去的研究也關(guān)注將太陽(yáng)能存儲(chǔ)在光電開(kāi)關(guān)中，但通常需要將其保存在液體中。轉(zhuǎn)換為MOF復(fù)合固體意味著該系統(tǒng)更易于裝配且化學(xué)穩(wěn)定性也更高。該材料沒(méi)有移動(dòng)或電子部件，因此在存儲(chǔ)和釋放太陽(yáng)能方面也不會(huì)損失。
測(cè)試表明該材料一次可以保持?jǐn)?shù)月的能量，但材料的能量密度卻相對(duì)較低。不過(guò)，可對(duì)本研究中使用的設(shè)置進(jìn)行調(diào)整來(lái)改善結(jié)果。
研究人員稱，盡管該材料仍需做一些改進(jìn)才能使其在商業(yè)上可行，但最終可用于為汽車(chē)擋風(fēng)玻璃除冰，或?yàn)榧彝ズ娃k公室提供額外的熱量。像這樣的光電開(kāi)關(guān)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和藥物輸送中也有潛在的應(yīng)用。隨著技術(shù)進(jìn)一步的發(fā)展，有望制造出能夠存儲(chǔ)更多能量的其他材料，從而帶來(lái)另一種經(jīng)濟(jì)高效且可靠的能量存儲(chǔ)方式。
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