超亲水性石墨烯气凝胶大幅降低水合盐过冷度，并赋予其高的相变焓和光热转换效率

成果简介

近日，上海先进热功能材料工程技术研究中心的科研团队在石墨烯气凝胶复合相变材料用于光-热转换的研究中取得进展，相关成果发表于国际知名期刊ACS Nano（IF=15.881）上。

能源短缺和环境生态问题促使人们关注太阳能的有效利用。利用相变材料(PCM)储能技术来解决能源矛盾，是目前提高能源利用率和保护环境的重要途径。水合盐具有储能密度高和不易燃等优点，但存在过冷度大，且盐易析出等突出的问题。本研究以石墨烯分散液为前驱体，通过水热反应、冷冻干燥和改性过程构建具有超亲水性能的三维石墨烯气凝胶(KRGO)，并通过物理浸渍熔融三水乙酸钠得到了三维复合相变材料。通过改性，气凝胶表现出优异的弹性和超亲水性，三维有序排列多孔网络和石墨烯保证了出色的光学吸收、高效的吸附能力和优异的光热转换效率。复合相变材料具有高的相变焓(252.8J/g),储热能力大于91%，不需添加额外的成核剂即可有效缓解过冷问题，过冷度可控制在0.2-1.5℃范围，光热转换效率为86.3%。该工作为水合盐过冷问题缓解和高效的太阳能转换-存储利用提供了一种可行、经济的策略。

图文信息

小结

该研究成功制备了以亲水改性的三维石墨烯气凝胶支撑的复合相变材料。KRGO气凝胶表现出以下三个特点：(i)得到的KRGO气凝胶具有优异的弹性和超亲水性，为水合盐提供丰富的成核位点；(ii) KRGO气凝胶具有优异的吸附能力，保证了复合相变材料的高储能密度；(iii)出色的光学吸收以及良好的PCM封装。基于KRGO的优异特性，三维复合相变材料表现出优异的结构稳定性、高相变焓、热可靠性和优异的光热转换，同时无需添加额外的成核剂即可一步式缓解水合盐的过冷问题。该工作为三维复合相变材料的应用提供了一种新的设计思路，以实现高效的太阳能储存和热能利用。

该成果以“Superhydrophilic Modified Elastomeric RGO Aerogel Based Hydrated Salt Phase Change Materials for Effective Solar Thermal Conversion and Storage”为题发表在国际知名期刊ACS Nano（IF=15.881）上，上海第二工业大学硕士研究生奚少博为第一作者，上海第二工业大学能源与材料工程学院汪玲玲副教授、于伟教授为共同通讯作者。

文章链接：

https://doi.org/10.1021/acsnano.1c08581