偶氮苯基光热储能系统（azo-MOST）因其在太阳能转换和储存方面的潜力引起了人们的极大兴趣。但由于储能过程依赖溶剂和特定波长的光源（通常为365 nm紫外光）、储存寿命短（从几分钟到几天不等）、能量释放时达到的温度水平较低（2~30℃）、在寒冷环境下热释放性能受限、刚性强和可穿戴性能弱等缺陷限制了其实际应用。因此，设计开发集可见光高效储热、无溶剂储热工艺、长期储能、较高温度水平热量释放、柔性、可穿戴等功能于一体的新一代偶氮苯光热储能材料是一项非常具有创新意义和实际效益的工作，对促进其向实际应用发展具有重要意义。

近日，浙江树人学院交叉科学研究院董立奇博士与西湖大学刘剀教授团队和天津大学封伟教授团队合作在期刊《Small》上发表了最新研究成果“An innovative azobenzene-based photothermal fabric with excellent heat release performance for wearable thermal management device”。研究者通过静电纺丝技术，将具有光致固液相变特性的偶氮苯单体与商用聚丙烯腈织物复合，开发出一种新型的偶氮苯基光热织物。该光热织物可用于室温热疗和低温保暖领域，为可穿戴个人热管理提供了一个有前景的候选者。

研究者采用了一种可见光控制的可逆固液相变偶氮苯分子以应对现阶段azo-MOST依赖紫外光和有机溶剂进行能量储存和释放的局限。其中，四邻位氟原子的引入赋予偶氮苯单体在可见光范围内高效的光储热和放热优势；对位长烷基链的引入赋予偶氮苯分子具有光诱导可逆固液相变的特性，使得储热不再依赖溶剂辅助（图1）。

图1：偶氮苯单体的分子结构和光诱导可逆固液相变行为。a)偶氮苯分子的E和Z构型；b)不同波长光照下偶氮苯单体的紫外-可见光光谱；在520 nm (c)和420 nm (d)光辐照下，偶氮苯的异构体组成随辐照时间的变化曲线；e-g)在520 nm光储热和420 nm光照放热后，偶氮苯单体的光学显微镜图像、数码图像和1H NMR光谱。

采用静电纺丝技术制备偶氮苯光热织物，具有制备方法简单、制备过程易于操作、织物的精细结构可调、可最大限度负载偶氮苯材料、适合大规模制备等优点。而且偶氮苯单体和聚丙烯腈织物模板之间较大的空间位阻和分子间相互作用，以及受四氟化偶氮苯固有的分子结构影响，光热织物表现出超长的储能寿命（706天）和良好的循环稳定性（图2）。这说明，适当的分子设计和织物模板的战略结合对于显著延长偶氮基MOST的储能寿命至关重要。

图2：偶氮苯基光热织物的制备(a)、组成成分(b)、SEM图像(c-e)、光异构化性质(f)、热动力学(g)以及已报道不同类型的偶氮苯基光热储能材料的半衰期比较(h)。

该光热织物在室温和寒冷环境下能够释放高达94.6°C的热量（图3）。研究显示，该织物在热释放阶段产生的高温热量是由偶氮苯单体Z-to-E异构化能量、液-固相变潜热和420 nm光辐照产生的光热效应协同放热大的结果。同时，可以通过调节光辐照强度来控制热释放时候的温度高低，以进行热管理。这种优异的放热性能在热管理领域具有广阔的应用前景，如自发热织物、可穿戴热管理器件、智能服装和寒冷地区的电动汽车的热管理。

图3：光热织物在室温下的热释放性能。a-c) 在420 nm光辐照下和关闭光源后已储热、未储热、PAN织物的红外热像图；d) 是在热释放过程中对应的织物表面最高温度随时间变化的曲线。

此外，制备的偶氮苯光热织物保留了聚丙烯腈固有的耐候性和耐日晒性，并增强了其疏水性和柔韧性，有助于材料的可穿戴性能。凭借上述优势，该织物为存储和利用太阳能用于个人热管理和医疗治疗应用开辟了一条可持续和高效的途径，也是按需环境中能源管理和热控制的有前景的替代品。

图4：织物的可穿戴性测试：a-b)织物的储热-放热循环性；c)织物的弯曲性能；d-f)织物的疏水性表征；g)织物经过不同时间持续洗涤后进行热释放的最高温度；h) 织物经过不同时间浸泡后进行热释放的最高温度。

论文链接：https://doi.org/10.1002/smll.202404310

人物简介：

董立奇，浙江树人学院交叉科学研究院特聘副研究员，浙江工业大学硕士生导师。博士毕业于天津大学，师从封伟教授。主要研究方向是基于偶氮苯分子的光热储能研究。在偶氮苯光热储能材料从理论到实际应用推进方面做出了一定的贡献。主持国家自然科学基金以及若干横向课题；以第一/通讯作者在Chem. Soc. Rev., Energ. Mater., J. Mater. Chem. A等国际知名期刊发表学术论文10篇，引用次数近1400次，单篇引用超过400次；申请和获得国家发明专利3项。