隨著我們不再使用化石燃料，而轉(zhuǎn)向可再生能源以應對氣候變化，對獲取和存儲能源的新方法的需求變得越來越重要。蘭開斯特大學(Lancaster University)的研究人員對一種晶體材料進行研究后發(fā)現(xiàn)，該晶體具有能夠捕獲太陽光能量的特性。能量可以在室溫下存儲幾個月，并且可以按需以熱量的形式釋放。

隨著進一步的發(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能并將其存儲以在冬季使用的冬季的一種方式，因為那里的太陽能較少。

對于離網(wǎng)系統(tǒng)或偏遠地區(qū)的加熱系統(tǒng)，或作為房屋和辦公室常規(guī)加熱的環(huán)保補充，這將被證明是無價的。它也可能會制成薄涂層，并涂在建筑物表面，或用在汽車的擋風玻璃上，在寒冷的冬天早晨，儲存的熱量可用來為玻璃除冰。

該材料基于一種“金屬有機框架”(MOF)。這些由金屬離子網(wǎng)絡組成，這些金屬離子通過碳基分子連接形成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在其結(jié)構(gòu)中包含其他小分子來形成復合材料。

蘭開斯特研究小組著手研究一種MOF復合材料(該材料先前由日本京都大學的一個獨立研究小組制備，并被稱為“ DMOF1”)是否可以用于存儲能量-以前沒有進行過研究。

MOF的孔中充滿了偶氮苯分子(一種強烈吸收光的化合物)。這些分子充當光開關(guān)，是一種“分子機器”，在施加外部刺激(例如光或熱)時可以改變形狀。

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

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

進一步的測試表明，該材料能夠存儲至少四個月的能量。這是發(fā)現(xiàn)的令人興奮的方面，因為許多光敏材料會在數(shù)小時或幾天內(nèi)切換回去。長時間儲存??的能量為跨季節(jié)儲存開辟了可能性。

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

蘭卡斯特大學材料化學高級講師，該研究的聯(lián)合首席研究員約翰·格里芬博士說：“該材料的功能有點像相變材料，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中捕獲“自由”能量，它也沒有移動或電子部件，因此在儲存和釋放時不涉及任何損失。我們希望，隨著進一步的發(fā)展，我們將能夠制造出能夠存儲更多能量的其他材料。”

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

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

包含光敏開關(guān)分子的晶體材料的其他潛在應用包括數(shù)據(jù)存儲-晶體結(jié)構(gòu)中光敏開關(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關(guān)一一切換，從而將數(shù)據(jù)存儲在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)。

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

標簽： 儲存太陽能