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高能长效太阳能储热材料研究

   2020-08-14    同步热分析仪    浏览 322 次

【引言】

在过去的几十年里,由于其在光折变、电光、储能到光电探测器等多种应用领域的巨大潜力,人们对其进行了大量的研究。偶氮苯(AZO)及其衍生物在紫外(UV)光下可发生反式→顺式异构化反应。逆顺反式异构化可以由光驱动,也可以在黑暗中发生热异构化。

【成果介绍】

将光致变色发色团引入聚合物复合材料中,为这些材料的内在特性提供了一种可逆的光开关。本文报道了一种将偶氮苯(AZO)部分共价连接到氧化石墨烯(GO)上,形成生色团/氧化石墨烯(AZO-GO)杂化物的方法。由于AZO基团的高接枝密度和低质量,杂化物是一种很有潜力的太阳能储热材料,其能量密度约为240Wh·kg−1。结果表明,顺式AZO生色团与底物芳香环之间的C-H········π相互作用诱导了GO在顺式异构体临界百分比处的集体电子修饰,直接降低了生色团π-π*跃迁的热障,在反应过程中产生了两段一级反应反式-顺式杂化之光异构化及顺式杂化之热稳定性。采用德国LINSEIS STA PT1600同步热分析仪 对样品进行热重分析(TGA)。我们的研究结果表明,高性能的AZO-GO杂化物可以通过优化分子间非键相互作用来操控。

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【图文导读】

01

图1:合成路线(a),反式AZO-GO杂化物(b)的化学结构和顺式AZO-GO杂化物(c,d)。

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02

图2:AZO(a)的红外光谱,AZO-GO(b)和AZO-RGO(c)杂化物。

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03

图3:GO(a)、RGO(b)、AZO-GO(C)和AZO-RGO(d)粉末样品的C 1s-XPS及去卷积。AZO-GO(e)和AZO-RGO(f)N1s的XPS光谱分析。AZO-GO和AZO-RGO的光谱测量扫描(g)。

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04

图4:(a) GO,AZO-GO和AZO-RGO杂化物的TGA;(b,c)AZO-GO和AZO-RGO顺反异构化对应的放热热流积分。

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05

图5:(a)AZO-RGO和(b)AZO-GO在365nm紫外光照射下(在室温20°C下测量)在乙醇中的光调制紫外-可见吸收光谱变化。

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06

图6:AZO-GO(a,c)和AZO-RGO(b,d)的可逆性和罗马稳定性。

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07

图7:反式→顺式光异构化动力学常数。

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08

图8:(a) AZO-GO杂化物在紫外光(365nm)照射不同时间后的拉曼光谱(532nm激发)。(b)反式AZO-GO和顺式AZO-GO杂化物的FT-IR光谱。

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【结论】

采用重氮化法制备了AZO-GO(RGO)杂化物。XPS和FT-IR结果表明,AZO单体与GO(RGO)共价键合,其官能化密度约为1/16(1/24)。AZO-GO杂化物的紫外-可见光谱证明在300-400nm范围内存在可逆的光异构化反应。该杂化物具有高达240Wh·kg−1的高能量密度和良好的热稳定性。杂化物的振动光谱表明,在顺式异构体中,AZO芳环与GO基体芳环之间存在C-H···π相互作用,导致杂化物的集体电子修饰,直接影响生色团的π–π*跃迁。反式-顺式光异构化动力学包括两个离散的线性段。当顺式杂化率约为60%时,tc处出现不连续性,此后活化能下降,光异构化过程进行得更快。



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