[發明專利]一種太陽能燃料及其制備方法

有效

• 申請號: 201310318840.8
• 申請日: 2013-07-27
• 公開（公告）號: CN104342089B
• 公開（公告）日: 2017-12-01
• 發明（設計）人: 邢休東
• 申請（專利權）人: 邢休東
• 主分類號: C09K5/16
• 分類號: C09K5/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及太陽能利用領域的技術，特別涉及一種太陽能燃料。

背景技術

太陽能作為可再生的清潔能源受到廣泛關注。目前太能的利用主要有兩大類，一種是太陽能電池裝置，如硅太陽能電池，它利用半導體光電轉換材料將光能轉化為電能，然后加以利用；一種是太陽能蓄熱裝置，如太陽能熱水器，它將光能轉化為熱能，儲蓄在比熱較大的水等液態物質之中，然后加以利用。這兩種太陽能的利用方式都由于陽光的不穩定性，存在著能量的儲存問題，例如由太陽能電池組成的系統需要配套的蓄電池來儲存所轉換的電能，以備在晚上或陰天等需要能量的時候使用；廣泛使用的太陽能熱水器在連續無陽光的天候中，因為熱量的逐漸流失，而無法提供所需的能量。除此之外，為了獲取較多的太陽能，現有的系統均需要較大的集光面積，由于系統均為剛性結構，在不使用或備用的情況下，系統占用的空間很大，更不方便系統的移動和運輸。

發明內容

本發明針對以上的問題提出一種新型的解決方案，提供一種可重復使用的太陽能燃料。

碳納米管是一種具有優良力學、光學性能的新型納米材料，也具有優良的化學穩定性，由單壁（和/或多壁）碳納米管形成的彈性氣凝膠材料具有良好的物理化學性能，并具有豐富的微、納米級的孔隙，在氣凝膠中的碳納米管壁上可以接枝光致異構體形成太陽能燃料。

石墨烯也是一種新型的碳二維材料。其與碳納米管共同組成的彈性氣凝膠具有較之單純碳納米管形成的彈性氣凝膠更為優良的力學性能，利于太陽能燃料的重復使用。

光致異構體是一種在光的照射下能夠發生分子內部結構變化的同分子式的物質。它的不同結構往往具有不同的最低分子能級（如圖1）。具有最低能級的結構A態在陽光的照射下進入激發態，分子內部的結構發生改變，儲存了能量△E轉變至結構B態；在自然馳豫或外界光、熱、電、觸媒等觸發條件下克服較低的能壘，釋放能量，分子內部結構恢復到A態。這一循環過程即可達到儲存和釋放太陽能的目的，如同一種可循環使用的太陽能燃料。

具有兩個穩定結構的光致異構體，如偶氮苯及含有偶氮苯基團的化合物、二芳基乙烯類化合物和螺吡喃類化合物等等，雖然在光的激發下會發生異構反應，但由于通常情況下這類物質以固態、液態或液晶態的形式存在，分子之間的相互作用妨礙了這種異構反應的發生，使得異構反應的量子產率不高，導致無法直接使用這類物質來進行太陽能的利用。

使用光致異構體如偶氮苯、二芳基乙烯、螺吡喃等化合物在碳納米管上進行接枝反應，形成功能化的碳納米管材料，用于光開關、光致動等微觀器件，是目前光致異構體與碳納米管接枝的主要應用領域，接枝后形成的材料也是作為固態、液態或液晶態來使用，也無法有效地進行太陽能的利用。

光致異構體化合物接枝碳納米管的方法有化學合成法、加熱、微波輻照等。

由碳納米管（或碳納米管和石墨烯）構成的彈性氣凝膠具有微、納米級的孔隙，將光致異構體接枝在組成彈性氣凝膠的碳納米管的壁上，如圖2所示，彈性氣凝膠中的碳納米管猶如骨架，為在其上所接枝的光致異構體提供了相對自由的空間，從而減弱或切斷光致異構體分子之間的相互作用，使得接枝的光致異構體分子的光致異構反應順利進行，進而有效地達到太陽能儲存和釋放的利用效果。

像有顏色的布的生產，可以將棉線先織成白布再染色，也可以棉線先染色再織布一樣，太陽能燃料的生產也可以先將碳納米管制備成彈性氣凝膠，再接枝光致異構體，或先將光致異構體接枝到碳納米管，再用功能化的碳納米管制成彈性氣凝膠。

本發明提出一種新型的解決方案，將光致異構體（如偶氮苯及其化合物、二芳基乙烯類化合物和螺吡喃類化合物等等）接枝在組成彈性氣凝膠的碳納米管的壁上，形成太陽能燃料，從而實現了太陽能的儲存和利用。本發明中的太陽能燃料以較薄的平面體形態（如海綿狀、絨布狀）展開吸收太陽能，儲存和釋放能量時可以擠壓、卷捆和/或堆疊成占用面積較小的形態，釋放能量的過程宛如使用燃料。本發明中的太陽能燃料在釋放能量時可以用自然緩釋或觸發的方式來利用所儲存的太陽能；最佳的方式是使用可控觸發的方式，觸發可以使用光、熱、電或催化劑來進行，或組合使用上述手段以獲得好的使用效果。

本發明制備的太陽能燃料使用方便、便于移動和儲存，可重復使用，為太陽能利用提供一條新型的途徑。

附圖說明