[發明專利]一種石墨烯增效光熱儲能復合材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202011193448.1
• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN113173864B
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發明（設計）人: 趙建國;楊翔宇;李世杰;劉銳;邢寶巖;張進;潘啟亮;陜多亮
• 申請（專利權）人: 山西大同大學
• 主分類號: C07C245/08
• 分類號: C07C245/08;C07C245/20;C01B32/198;C01B32/194;F24S60/00
• 代理公司: 北京知元同創知識產權代理事務所(普通合伙) 11535
• 代理人: 呂少楠;張炳楠

本發明公開一種石墨烯增效光熱儲能復合材料及其制備方法和應用。所述復合材料包括三氟甲基化偶氮苯和還原氧化石墨烯，所述三氟甲基化偶氮苯以共價偶聯的方式接枝在還原氧化石墨烯的片層表面。該類石墨烯增效光熱儲能復合材料至少具備低溫放熱性能，另外還兼具優良的儲能密度，其較傳統的三氟甲基化偶氮苯分子在低溫放熱與能量密度方面有相當大的提升，未來在太陽能利用以及光熱轉化領域具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明屬于儲熱功能材料領域，涉及一種石墨烯增效光熱儲能復合材料及其制備方法和應用。

背景技術

眾所周知，太陽能是一種含量十分豐富的可再生自然能源之一，其具有廉價、安全、環保、取之不盡用之不竭等眾多突出優點。隨著現代化步伐的不斷推進，各行各業對于能源的需求也在不斷地增加，而傳統的一系列化石燃料已不能適應當前能源需求巨大這個亟待解決的難題，并且由于化石燃料而引起的如氣候變化、環境惡化等一系列問題也使得世界各國在一步步減小對化石燃料的依賴，并由此大力發展各種清潔、可再生能源。而在一系列清潔能源中，太陽能的開發與利用近年來得到了全球各界人士與日俱增的研究與關注。在這樣的背景下，加大太陽能的開發與利用是我國當前研究的重點課題之一，特別是在將太陽能與熱能之間的轉換和存儲方面進行深入研究具有重要的實際應用價值。

麻省理工學院Jeffrey?C.Grossman課題組詳細闡述了二氫氮雜烯-乙烯基庚烯(DHA-VHF)作為光致異構響應材料的機理及其在光熱存儲方面的應用潛力(Kanai,Y.,Srinivasan,V.,Meier,S.K.,Vollhardt,K.P.C.and?Grossman,J.C.(2010),Mechanism?ofThermal?Reversal?of?the(Fulvalene)tetracarbonyldirutheniumPhotoisomerization:Toward?Molecular?Solar-Thermal?Energy?Storage.AngewandteChemie?International?Edition,49:8926-8929)。但這種材料的能量密度較低，實際應用成本也較高。此外，現有技術CN110305635A還公開了一種成形儲熱材料及其制備方法，該材料雖然具有較廣的儲熱應用范圍的優點，但這種材料是利用石墨烯作為一種輔助材料，而沒有將石墨烯優異的導熱性能利用起來。

偶氮苯，是一種研究較為廣泛的光敏染料和光響應材料之一，近幾年在太陽能熱儲存領域引起了研究者們越來越多的研究與關注。偶氮苯具有順式和反式兩種同分異構體。在特定波長的光照下會發生反式構型變為順式構型的異構化轉變現象；之后再在外界刺激(例如光照，加熱)等作用下會發生由順式構型變為反式構型的異構化回復現象。偶氮苯的兩種不同的同分異構體之間存在一定能量的差異，在由反式構型過渡到順式構型的過程中可以以化學能的方式儲存一定的能量，反之在由順式構型過渡到反式構型的過程中可以將所儲存的能量以熱量的形式釋放出來。

現有技術中已有接枝偶氮苯的石墨烯復合儲能材料，然而該儲能材料的放熱溫度高達80℃，大大限制了該材料在較低的外界溫度條件下的放熱。因而提供一種至少具有低溫放熱性能的偶氮苯接枝石墨烯的復合材料成為亟待解決的技術問題。

發明內容

為改善現有技術中存在的上述問題，本發明提供一種石墨烯增效光熱儲能復合材料，所述復合材料包括三氟甲基化偶氮苯和還原氧化石墨烯，所述三氟甲基化偶氮苯以共價偶聯的方式接枝在還原氧化石墨烯的片層表面。

根據本發明的實施方案，所述還原氧化石墨烯的片層表面，平均每20-40個碳原子接枝一個三氟甲基化偶氮苯分子；例如平均每25-35個碳原子接枝一個三氟甲基化偶氮苯分子；又如平均每27-32個碳原子接枝一個三氟甲基化偶氮苯分子。示例性地，平均每20、22、24、25、26、28、30、31、32、33、34、35、37、39或40個碳原子接枝一個三氟甲基化偶氮苯分子。

根據本發明的實施方案，所述三氟甲基化偶氮苯以陣列形式共價偶聯接枝在還原氧化石墨烯的片層表面。