全球日益增長的能源需求迫使我們尋找新的能源來源來應對化石燃料消耗殆盡的未來。地球上儲量最大和分布最廣的能源是太陽能，有機分子的光致異構化是實現(xiàn)太陽能閉合儲存的理想方法。偶氮苯（Azo）因其獨特的光致異構化現(xiàn)象，即其順反異構的轉(zhuǎn)化伴隨著能量的吸收和釋放，并以石墨烯作為模板進行復合，有望作為一種高效的光熱燃料（PTF）。
天津大學材料科學與工程學院封偉教授課題組經(jīng)過近10年的深入研究，在多項國家自然科學基金面上項目、國家自然科學基金重點項目等的大力支持下已經(jīng)在偶氮苯/碳基復合光熱存儲材料的制備及光熱存儲與可控釋放等方面取得了一系列顯著成果，先后解決了傳統(tǒng)偶氮苯光熱燃料半衰期短，儲能容量小，可控性差等缺陷，有望在光熱存儲方面取得廣泛應用。
圖1. 兩種雙枝偶氮苯/石墨烯雜化材料的順反異構化示意圖以及紅外熱像圖
近日，該課題組的碩士研究生趙肖澤等人以密度泛函理論（DFT）模擬計算為依據(jù)，設計并成功合成了兩種雙枝偶氮苯分子衍生物（bisAzo）。研究表明，雙枝偶氮苯分子由于其自身的特殊結(jié)構能夠提高分子內(nèi)相互作用力和空間位阻并變相地提高接枝密度；采用還原氧化石墨烯作為模板，通過偶氮苯分子的緊密排列和與石墨烯模板的協(xié)同作用，再加之可控的氫鍵調(diào)節(jié)有望獲得高接枝密度，長半衰期，高能量密度的太陽能儲熱雜化材料（rGo-bisAzo）。該rGo-bisAzo光熱燃料表現(xiàn)出長達37天的半衰期和超過50次的循環(huán)穩(wěn)定性；并且具有高達131 Wh/kg的能量密度，該成果是目前國際上相同體系所報道的最高值。
此外，該團隊首次制備出基于碳材料的全固態(tài)光熱燃料薄膜，并且深入研究了偶氮苯分子在以薄膜形式緊密堆積的石墨烯片層上的光致異構化性質(zhì)，并通過多方面參數(shù)的調(diào)節(jié)達到燃料薄膜光熱存儲轉(zhuǎn)化與釋放的可控性。光熱燃料走向全固態(tài)化有望攻克相關材料難以得到實際應用的巨大瓶頸。經(jīng)研究表明，該光熱燃料薄膜在加速回復放熱的條件下可以使環(huán)境溫度得到15°C的顯著提升。該研究成果受到了國家杰出青年基金（51425306）以及國家自然科學基金重點項目（NO.51633007）的大力支持。目前，相關成果已發(fā)表在CHEMSUSCHEM上。（http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/cssc.201601551/full）
