隨著我們不再使用化石燃料，而轉(zhuǎn)向可再生能源以應(yīng)對(duì)氣候變化，對(duì)獲取和存儲(chǔ)能源的新方法的需求變得越來(lái)越重要。蘭開(kāi)斯特大學(xué)(Lancaster University)的研究人員對(duì)一種晶體材料進(jìn)行研究后發(fā)現(xiàn)，該晶體具有能夠捕獲太陽(yáng)光能量的特性。能量可以在室溫下存儲(chǔ)幾個(gè)月，并且可以按需以熱量的形式釋放。

隨著進(jìn)一步的發(fā)展，這些材料可以提供令人興奮的潛力，作為在夏季月份捕獲太陽(yáng)能并將其存儲(chǔ)以在冬季使用的冬季的一種方式，因?yàn)槟抢锏奶?yáng)能較少。

對(duì)于離網(wǎng)系統(tǒng)或偏遠(yuǎn)地區(qū)的加熱系統(tǒng)，或作為房屋和辦公室常規(guī)加熱的環(huán)保補(bǔ)充，這將被證明是無(wú)價(jià)的。它也可能會(huì)制成薄涂層，并涂在建筑物表面，或用在汽車(chē)的擋風(fēng)玻璃上，在寒冷的冬天早晨，儲(chǔ)存的熱量可用來(lái)為玻璃除冰。

該材料基于一種“金屬有機(jī)框架”(MOF)。這些由金屬離子網(wǎng)絡(luò)組成，這些金屬離子通過(guò)碳基分子連接形成3-D結(jié)構(gòu)。MOF的關(guān)鍵特性是它們是多孔的，這意味著它們可以通過(guò)在其結(jié)構(gòu)中包含其他小分子來(lái)形成復(fù)合材料。

蘭開(kāi)斯特研究小組著手研究一種MOF復(fù)合材料(該材料先前由日本京都大學(xué)的一個(gè)獨(dú)立研究小組制備，并被稱(chēng)為“ DMOF1”)是否可以用于存儲(chǔ)能量-以前沒(méi)有進(jìn)行過(guò)研究。

MOF的孔中充滿了偶氮苯分子(一種強(qiáng)烈吸收光的化合物)。這些分子充當(dāng)光開(kāi)關(guān)，是一種“分子機(jī)器”，在施加外部刺激(例如光或熱)時(shí)可以改變形狀。

在測(cè)試中，研究人員將材料暴露在紫外線下，這導(dǎo)致偶氮苯分子在MOF孔內(nèi)變形為應(yīng)變結(jié)構(gòu)。該過(guò)程以類(lèi)似于彎曲彈簧的勢(shì)能的方式存儲(chǔ)能量。重要的是，狹窄的MOF孔以其應(yīng)變形狀捕獲了偶氮苯分子，這意味著勢(shì)能可以在室溫下長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)。

當(dāng)施加外部熱量作為觸發(fā)以“切換”其狀態(tài)時(shí)，能量會(huì)再次釋放，并且釋放可能非?？?有點(diǎn)像彈簧筆直彈回。這提供了可用于加熱設(shè)備的其他材料的熱量提升。

進(jìn)一步的測(cè)試表明，該材料能夠存儲(chǔ)至少四個(gè)月的能量。這是發(fā)現(xiàn)的令人興奮的方面，因?yàn)樵S多光敏材料會(huì)在數(shù)小時(shí)或幾天內(nèi)切換回去。長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存??的能量為跨季節(jié)儲(chǔ)存開(kāi)辟了可能性。

以前已經(jīng)研究了在光電開(kāi)關(guān)中存儲(chǔ)太陽(yáng)能的概念，但是大多數(shù)以前的示例都要求光電開(kāi)關(guān)在液體中。由于MOF復(fù)合材料是固體而不是液體燃料，因此它在化學(xué)上穩(wěn)定并且易于包含。這使得開(kāi)發(fā)涂層或獨(dú)立設(shè)備變得更加容易。

蘭卡斯特大學(xué)材料化學(xué)高級(jí)講師，該研究的聯(lián)合首席研究員約翰·格里芬博士說(shuō)：“該材料的功能有點(diǎn)像相變材料，用于向暖手器中供熱。要加熱以給它們充電，這種材料的好處是它可以直接從太陽(yáng)中捕獲“自由”能量，它也沒(méi)有移動(dòng)或電子部件，因此在儲(chǔ)存和釋放時(shí)不涉及任何損失。我們希望，隨著進(jìn)一步的發(fā)展，我們將能夠制造出能夠存儲(chǔ)更多能量的其他材料。”

這些概念驗(yàn)證的發(fā)現(xiàn)開(kāi)辟了新的研究途徑，以了解使用受限光電開(kāi)關(guān)的概念，還有哪些其他多孔材料可能具有良好的儲(chǔ)能性能。

聯(lián)合研究人員內(nèi)森·哈爾科維奇博士(Nathan Halcovitch)補(bǔ)充說(shuō)：“我們的方法意味著可以通過(guò)改變光電開(kāi)關(guān)本身或多孔主體框架來(lái)嘗試優(yōu)化這些材料的多種方法。”

包含光敏開(kāi)關(guān)分子的晶體材料的其他潛在應(yīng)用包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)-晶體結(jié)構(gòu)中光敏開(kāi)關(guān)的明確定義意味著，原則上可以使用精確的光源將光敏開(kāi)關(guān)一一切換，從而將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在CD上或DVD，但在分子水平上。它們還具有藥物輸送的潛力-可以使用光開(kāi)關(guān)將藥物鎖定在材料內(nèi)部，然后使用光或熱觸發(fā)器按需將其釋放到體內(nèi)。

盡管對(duì)于該材料能夠長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)能量的結(jié)果很有希望，但其能量密度適中。接下來(lái)的步驟是繼續(xù)查詢其他MOF結(jié)構(gòu)以及替代類(lèi)型的具有更大的結(jié)晶材料的能量存儲(chǔ)的潛力。

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