基于低温热释放的烷基接枝相变偶氮苯材料

doi:10.7503/cjcu20220146

高等学校化学学报 ›› 2022, Vol. 43 ›› Issue (8): 20220146.doi: 10.7503/cjcu20220146

基于低温热释放的烷基接枝相变偶氮苯材料

高健¹, 冯奕钰¹^,²(), 方文宇¹, 王慧¹, 葛婧¹, 封伟¹^,²()

^1.天津大学材料科学与工程学院, 天津 300354
^2.天津大学先进陶瓷与加工技术教育部重点实验室, 天津 300072

收稿日期:2022-03-07 出版日期:2022-08-10 发布日期:2022-04-06
通讯作者: 冯奕钰,封伟 E-mail:fengyiyu@tju.edu.cn;weifeng@tju.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金重点项目(51633007);国家自然科学基金(51803151);天津市杰出青年学者科学基金(19JCJQJC61700);国家重点研发计划项目(2016YFA0202302)

Alkane Grafted Phase Change Azobenzene Materials Based on Low Temperature Heat Release

GAO Jian¹, FENG Yiyu¹^,²(), FANG Wenyu¹, WANG Hui¹, GE Jing¹, FENG Wei¹^,²()

^1.School of Materials Science and Engineering，Tianjin University，Tianjin 300354，China
^2.Key Laboratory of Advanced Ceramics and Processing Technology，Ministry of Education，Tianjin University，Tianjin 300072，China.

Received:2022-03-07 Online:2022-08-10 Published:2022-04-06
Contact: FENG Yiyu,FENG Wei E-mail:fengyiyu@tju.edu.cn;weifeng@tju.edu.cn
Supported by:
the State Key Program of National Natural Science Foundation of China(51633007);the National Natural Science Foundation of China(51803151);the Science Foundation for Distinguished Young Scholars in Tianjin, China(19JCJQJC61700);the National Key Research and Development Program of China(2016YFA0202302)

摘要/Abstract

摘要：

通过Mills法合成了两种不同取代基的烷基接枝相变偶氮苯——4-正戊基偶氮苯(Azo5)和2′-甲基-4-正戊基偶氮苯(AzoM5). 通过核磁共振氢谱和傅里叶变换红外光谱表征了Azo5和AzoM5的化学结构, 利用紫外-可见光谱、示差扫描量热仪和红外热像仪分析了材料的异构化性能、循环稳定性、储热和放热性能, 并测试了?10 ℃环境下的热量释放能力. 结果表明, Azo5和AzoM5由于分子间作用力低, 呈现出低熔点、快速异构化的特点, 并且由于低温下的光致相变行为, 能量密度显著提高, 分别达到216和218 J/g. 红外热成像仪观测结果表明, 在可见光照射下, Azo5在低温环境(?10 ℃)下可以实现6 ℃的温度提升.

关键词: 相变偶氮苯, 光致相变, 光致异构化, 低温放热性能

Abstract:

Alkyl-grafted phase change azobenzenes， 4-pentyl-azobenzene（Azo5） and 2'-methyl-4-n-pentylazobenzene（AzoM5）， with two different substituents were synthesized by the Mills method. The chemical structures of Azo5 and AzoM5 were characterized by nuclear magnetic resonance hydrogen spectroscopy and Fourier transform infrared spectroscopy. The isomerization performance， cycling stability， thermal storage， exothermic properties and the ability to release heat at ?10 ℃ of the materials were analyzed by ultraviolet-visible spectroscopy， differential scanning calorimetry and infrared thermography. The results show that Azo5 and AzoM5 exhibit low melting point and rapid isomerization transformation due to the low intermolecular force. And due to the photo-induced phase change at low temperature， the energy density increases significantly， reaching 216 and 218 J/g， respectively. Infrared thermography shows that Azo5 can achieve a temperature increase of 6 ℃ at low temperatures（-10 ℃） under visible light irradiation.

Key words: Phase change azobenzene, Photo-induced phase change, Photo-induced isomerization, Low temperature exothermic property

中图分类号:

TrendMD:

高健, 冯奕钰, 方文宇, 王慧, 葛婧, 封伟. 基于低温热释放的烷基接枝相变偶氮苯材料. 高等学校化学学报, 2022, 43(8): 20220146.

GAO Jian, FENG Yiyu, FANG Wenyu, WANG Hui, GE Jing, FENG Wei. Alkane Grafted Phase Change Azobenzene Materials Based on Low Temperature Heat Release. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(8): 20220146.

图/表 7

Fig.1 FTIR spectra of Azo5 and AzoM5

Fig.2 1H NMR spectra of Azo5(A) and AzoM5(B)

Fig.3 UV?Vis absorption spectra of Azo5(A, C, E) and AzoM5(B, D, F) corresponding to isomerization upon irradiation with UV light(365 nm, A, B), in the dark(C, D) or with visible light(420 nm, E, F) in different times

Fig.4 1H NMR spectra of trans? and cis? Azo5(A) and AzoM5(B)

Fig.5 Cycling stability of Azo5(A) and AzoM5(B) under alternating UV light and visible light irradiation

Fig.6 DSC diagrams of trans?Azo5(A) and trans?AzoM5(B), cis?Azo5(C) and cis?AzoM5(D)

Fig.7 Morphology of Azo5 during exothermic processes(A), change in temperature of Azo5 with time(B) and IR thermal?imaging of cis?Azo5(top) and trans?Azo5(down) under visible light irradiation at -10 ℃(C)

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