磁性MOFs衍生碳基光热电转换相变材料

由于相变材料（PCMs）的光热转换效率较低，很难直接收集太阳能。因此，可以利用多种能够有效收集太阳能的材料来提高光热转换系统的效率。这些体系根据组成主要分为碳基材料（如碳纳米管、石墨烯、膨胀石墨）、金属基材料（如Au、Ag、Co）、有机材料（如聚吡咯、聚苯胺、聚多巴胺）和其他光热材料（如MXene）。它们通常以载体的形式封装PCMs或以添加剂的形式分散在PCMs中，构建高效的光热转换系统。相比之下，碳基材料由于共轭效应和超共轭效应而具有的优异的太阳光吸收和转换能力是最受欢迎的。

图1 磁性MOFs衍生碳的制备示意图和微观形貌

北京师范大学陈晓和北京科技大学王戈团队通过直接热解金属有机骨架（MOFs），合理设计了Co纳米颗粒均匀分布的碳基纳米笼，利用碳材料与Co纳米颗粒的协同效应，提高光热转换效率。一方面，由于LSPR效应，Co NPs可以增强MOFs衍生碳材料的太阳光吸收；另一方面，由于嵌入了Co纳米粒子，所得到的纳米笼表现出铁磁特性，确保了在外加磁场作用下，光热材料能够有效地传递到相变材料的固-液界面。此外，该纳米笼中可以通过约束太阳光实现多级反射，从而有效吸收太阳光，提高光热转换效率。因此，在太阳光和磁场的协同作用下，可以有效地提高相变材料的光热转换效率和固-液相变过程。结果表明，所制备的MOFs衍生的磁相变纳米笼和相变流体具有高效的光热转换能力。

图2 磁性MOFs衍生碳基相变材料的光热性能

最后，利用复合相变材料优异的光热转换效率和蓄热能力，设计了光热电转换实验，光热电系统最大输出电压和电流分别达到290 mV和92.6 mA。这种策略可以摆脱时间和天气的限制，同时输出电能和热量，从而有效地利用太阳能。

图3 磁性MOFs衍生碳基相变材料的光热电性能

相关成果以“Metal-organic framework derived magnetic phase change nanocage for fast-charging solar-thermal energy conversion”为题发表在Nano Energy，唐兆第和高琰博士为共同一作，陈晓和王戈为共同通讯作者。

文献链接：Zhaodi Tang1, Yan Gao1, Piao Cheng, Yu Jiang, Jianhang Xu, Xiao Chen*, Ang Li, Ge Wang*. Metal-organic framework derived magnetic phase change nanocage for fast-charging solar-thermal energy conversion. Nano Energy, 2022, 99, 107383.