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王玉忠院士团队赵海波教授Science:基于光致发光的可持续辐射冷却生物质气凝胶

访问量:发布时间:2024-07-06

全球气候变化和城市化加速进程导致了严重的能源、环境和安全问题。低碳、低能耗的被动辐射冷却技术是解决全球变暖的一种有前景的热管理策略,近年来受到广泛关注。传统的石油化工产品制备的辐射冷却材料往往存在制冷效率低、环境友好性差等问题。尤其是目前的制冷材料不可避免的会吸收太阳光,影响其制冷性能,且其在废弃后难以回收利用或生物降解,带来新的环境问题。

近日,四川大学环保型高分子材料国家地方联合工程实验室王玉忠院士团队赵海波教授提出了一种基于生物质本征光致发光辐射制冷新策略,发展了具有高太阳光反射率、可大规模制备、可循环利用的全生物质辐射冷却气凝胶。研究发现,由明胶和DNA制备的生物质气凝胶具有独特的荧光/磷光特性以及高度有序的层状结构。这种本征光致发光效应使得气凝胶将吸收的紫外光转化为可见光,有效提高气凝胶材料在可见光区域的太阳光加权反射率(太阳光模拟下高达104.0%),大幅增益气凝胶材料的日间辐射冷却效率。该气凝胶在高太阳辐照度的户外条件下,环境温度降低达16.0 ℃,表现出优异的制冷性能。另一方面,利用水介导气凝胶界面处强离子氢键的可逆解离-重构特性,通过可扩展、普适的水焊接策略实现了具有各向异性孔结构气凝胶板的大规模制备,长程有序的孔结构可确保气凝胶材料光学性质及综合性能的可靠性。此外,该全生物质气凝胶材料具有阻燃、可快速自修复、可循环利用和可生物降解等性能,在材料来源、制备、使用及废弃的全生命周期具有高环境友好性。这种可扩展的光致发光生物质冷却气凝胶有望显著减少碳排放和能源消耗,为未来可持续辐射冷却材料的设计制备提供新思路。

 

1本征光致发光生物质辐射冷却气凝胶板示意图

2 GE-DNA气凝胶的制备过程与微观结构

3 GE-DNA气凝胶的自修复、循环回收和可生物降解性能

4 GE-DNA气凝胶的辐射冷却机制与制冷效率

相关研究成果以“A photoluminescent hydrogen-bonded biomass aerogel for sustainable radiative cooling”为题发表在Science上,论文的第一作者为9728太阳集团2022级硕士研究生马健文赵海波教授为论文的通讯作者。感谢王玉忠院士和环保型高分子材料国家地方联合工程实验室对该工作的帮助。该工作得到了国家自然科学基金(52122302)和四川省科技计划项目(2023NSFSC19)的支持。

文章链接:https://www.science.org/doi/10.1126/science.adn5694

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