近日，北京科技大学王戈教授与北京师范大学陈晓合作在《纳米能源》在线发表研究成果，报道了一种基于MOF材料的相变材料，用于太阳能光热转换储能系统。太阳能热转换效率达到90.7%。

【研究综述】

高效太阳能捕获、转换和存储一直是绿色低碳的长期战略目标。然而，快速充电的太阳能热转换和可持续稳定的能量输出是当前太阳能热存储系统的主要挑战。本研究合理设计了可持续、稳定、快速充电的太阳能存储系统。得益于磁性Co纳米颗粒和GC@NC碳杂化材料的协同作用，合成的磁性碳纳米笼具有优异的全光谱吸收性能，Co-GC@NC基复合PCM的太阳热转换效率高达90.7%。更引人注目的是，由于纳米笼在磁场作用下良好的磁操控能力，Co-GC@NC基复合PCM的太阳热能转换和存储效率显着提高了115.8%。同时，设计的太阳能热能转换存储系统最大输出电压为290 mV，电流为92.6 mA。这种磁性纳米笼加速策略为有针对性地构建可持续、稳定、快速充电的太阳能存储系统提供了建设性的见解。

【研究背景】

在太阳能、风能、海洋能、生物能等各种可再生绿色能源中，太阳能是满足世界不断增长的能源需求的最佳选择。已广泛应用于光伏、净水、光催化等行业。虽然太阳能取之易、储量丰富，但太阳辐射随时间、地点和天气的变化而变化，由于其间歇性和不稳定性，无法提供连续的能源供应。因此，科学家们付出了相当大的努力来开发有效的方法来有效利用太阳能。光伏技术和太阳能热能转换技术是其中最重要的两种方法。前者以电能的形式储存太阳能，后者以热能的形式储存太阳能。两者都可以被人类直接利用，并且可以在没有太阳辐射的情况下提供持久的能量输出。尤其是热电技术，利用基于塞贝克效应的温差和利用太阳能存储的相变材料（PCM）将热能转换为电能，为太阳能热能转换技术带来更有利的潜力。冷却过程。转换并发布。首先，它可以同时提供电力和热量，即使没有太阳辐射也能持续输出能量。其次，储能密度高，PCM具有恒温性，能量输出更加稳定。

然而，由于PCM或水等其他储热介质的太阳热能转换效率较低，因此很难直接收集太阳能。因此，采用多种能够有效收集太阳能的材料来提高太阳能热能转换系统的效率。这些体系根据不同主要分为碳基材料（如碳纳米管、石墨烯、膨胀石墨）、金属基材料（如Au、Ag、Co）、有机材料（如聚吡咯、聚苯胺、聚多巴胺）等。到他们的组件。太阳能热材料（例如MXene）。它们通常以载体的形式封装在PCM中或以添加剂的形式分散在PCM中以构建高效的太阳能热能转换系统。碳基材料具有较高的太阳能吸收和转换能力，主要得益于其共振价带、导带跃迁和等离子体激发。例如，钱等人。制备了一种碳纳米管（CNTs）基复合材料pcm，其太阳能热转换效率高达86%。尹等人。将石墨烯纳米片均匀分散到石蜡中形成相变材料太阳能热电池，其太阳能热转换性能远远优于原始石蜡。最近的研究还强调，金属材料装饰可以降低碳基材料的高发射率值，从而利用金属材料的局域表面等离子体共振（LSPR）效应进一步提高太阳热转换效率。张等人。通过用功能化的Ag NPS 改性石墨烯纳米片稳定聚乙二醇，实现了高达92.0% 的太阳能热转换效率。冯等人。制备了Co等离子体上部结构以获得100%的太阳辐射光子捕获效率。

【图文分析】

图1. (a) Co-GC@NC 的合成示意图； (b) ZIF-8 和(c) ZIF-67@ZIF-8 的SEM 图像； (d-g) ZIF-67@ ZIF-8 的TEM 图像和EDS 图； (h) Co-GC@NC 和(i) 内部暴露的破裂纳米笼的SEM 图像； (j) Co-GC@NC 纳米笼的TEM 图像。

图2. (a) ZIF-8、ZIF-67 和ZIF-67@ZIF-8 的XRD 图谱； (b-c) Co-GC@NC 的高分辨率XPS 谱； (d) Co -GC@NC-90/PEG 4000 的比热容曲线。(e-f) PEG 4000 和复合PCM 的DSC 曲线和热行为。

图3. (a) Co-GC@NC/PEG 4000 的合成示意图； (b) Co-GC@NC的紫外-可见近红外吸收光谱； (c) PEG 4000、Co-GC@NC/PEG 4000在太阳模拟器辐射下的太阳热能转换曲线； (d) 计算出的太阳热能转换效率（光功率强度： 100 mW/cm2，辐射面积： 1.27 cm2）。 (e) Co-GC@NC/PEG 4000经历多次热循环的太阳热能转换曲线。 (f) 红外图像显示“USTB”图案在模拟阳光照射下随时间的温度变化。

图4.(a)太阳热能转换机制示意图； (b) GC@NC、(c) Co-GC@NC-90、(d) Co-GC@NC-150 和(e) Co-GC@NC-210 在平面上的电场分布。

图5（a）磁加速太阳热能转换示意图； (b) PEG 4000固液界面到容器底部的距离随时间的变化曲线，插图为太阳热能转换的实验装置； (c) 太阳能-热能-电能转换示意图； (d)光热电能量转换装置的输出电流随时间的变化； (e-g)光热电转换装置可以直接为各种电子设备供电，包括电风扇、LED、手机等。

作者： 唐兆迪、高岩、程朴、姜宇、徐建航、陈晓、李安、王戈、

Title: 金属有机框架衍生的磁性相变纳米笼，用于快速充电太阳能热能转换，