一种光致相变型偶氮苯基柔性光热转换器件的制备及性能

doi:10.7503/cjcu20230256

摘要/Abstract

摘要：

设计合成了一种具有室温光致固液转换性能的偶氮苯衍生物1-[4-(烯丙氧基)苯基]-2-(对甲苯基)二氮烯(AD-Azo)用于制备太阳热能燃料(STFs), 结合其固液转换过程中的相变潜热, 较大幅度提高了偶氮苯衍生物的能量存储密度. 在光/热诱导下使其与普通商用布料结合, 制备了环境友好、即用式柔性太阳热能燃料器件AD-Azo STF. 利用织物内分子间超分子作用(氢键), 增强了能量存储密度和储能寿命, 使其总储能密度高达199.12 J/g, 储能半衰期为50 h. 该柔性AD-Azo STF器件具有良好的柔韧性、溶剂稳定性和循环使用性, 在环境友好型太阳热能燃料中具有良好的应用前景.

关键词: 太阳热能燃料, 偶氮苯衍生物, 光热转化, 光致相变, 柔性器件

Abstract:

A new kind of azobenzene derivative 1-［4-（allyloxy）phenyl］-2-（p-tolyl）diazenyl（AD-Azo） with room temperature photo-induced solid-liquid transition performance was designed and synthesized for solar thermal fuels（STFs） applications. At the same time， the energy storage density of the azobenzene derivative was greatly improved due to the latent heat of phase transition during solid-liquid conversion. Under light or heat induction， AD-Azo was combined with ordinary commercial fabric to prepare an environmentally friendly， ready-to-use flexible STF device. Moreover， there is a supramolecular interaction（hydrogen bond） between molecules in the fabric， which enhances the energy storage density and energy storage life. The total energy storage density of the STF device is as high as 199.12 J/g， and the energy storage half-life is 50 h. In addition， this flexible AD-Azo STF device possesses good flexibility， solvent stability and recyclability， which has potential application prospects in environment-friendly STFs.

Key words: Solar thermal fuel, Azobenzene derivative, Solar-thermal conversion, Photo-induced phase transition, Flexible device

中图分类号:

O625.64

TrendMD:

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图/表 9

Fig.1 Time⁃dependent UV⁃Vis absorption spectra of AD⁃Azo CH2Cl2 solution irradiated by 355 nm UV(A) and PSS solution irradiated by visible light(B)Inset： time-resolved photoisomerization efficiency time.

Fig.2 Melting point curves of cis⁃configuration of AD⁃Azo STF in the fully charged state by UV light(A) and trans⁃configuration of AD⁃Azo STF in the uncharged state(B), DSC curves of AD⁃Azo STF with different UV charging times(C) and charging efficiency curve and its fitted curve of AD⁃Azo STF under UV light(D)Inset of (D): the fitting equation information.

Fig.3 Time⁃resolved 1H NMR with UV irradiation with CDCl3 as solvent characterized the ratio of the integrated area of AD⁃Azo STF peaks of cis⁃ and trans⁃ configurations

Table 1 Energy storage density of AD-Azo powder(ΔH)

Irradiation time ^a /min	cis⁃ratio（%）	ΔH_iso^b/（J·g^-1）	ΔH_pc/（J·g^-1）	ΔH_T^c /（J·g^-1）
0	6.0	2.32	1.05	3.4
10	51.2	41.25	15.05	56.3
20	71.7	108.57	32.47	141.0
40	93.0	145.46	42.34	187.8

Fig.4 DSC curves of AD⁃Azo STF for different discharging time in the dark(A) and discharging efficiency curve and its fitted curve under dark conditions(B)Inset： the fitting equation information.

Fig.5 Combining AD⁃Azo powder with commercial fabrics by photo⁃melting and thermal⁃melting methods to prepare STF devices(A) and photographs of AD⁃Azo STF devices fabriced by light after immersion in aqueous solutions at pH=1—14 for 24 h(B)

Fig.6 DSC curves of AD⁃Azo STF devices fabriced by light for different times under UV irradiation(A) and charged AD⁃Azo STF devices fabriced by light for different times under dark conditions(B), charging efficiency curve(C) and discharging efficiency curve(D) of AD⁃Azo STF devices fabriced by light under dark conditionsInsets： the fitting equation information.

Table 2 Energy storage density of AD-Azo STF devices fabriced by light(ΔH)

Irradiation time ^a /min	ΔH_iso^b /（J·g^-1）	ΔH_pc/（J·g^-1）	ΔH_T^c /（J·g^-1）
0	8.18	2.2	10.38
10	76.85	34.1	110.95
20	113.79	35.5	149.30
40	156.82	42.3	199.12

Fig.7 Pictures of AD⁃Azo STF device fabriced by light and blank fabric before and after UV charging(A), the infrared thermal image of the two samples on 55 ℃ heater(B) and the detailed temperature⁃time curves of the two samples(C)

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