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Angew. Chem. :通过自发和定量的[2+2]环加成-开环反应制备一种具有可加工和超高温有机光热材料2024-08-08
能源在人类生产和生活中扮演着重要的角色,然而,对不可再生能源的过度依赖导致了严重的环境问题。在全球“碳中和”的倡议下,利用可再生能源变得尤为关键,尤其是具有可再生且清洁的太阳能资源。太阳能利用有多种途径,包括光化学、光伏和光热转换等。在这些途径中,光热转换因其更高的太阳能利用效率而备受关注。无机材料已经表现出优异的光热转换能力,但通常存在设计复杂、加工性差和生物相容性不好等问题。而有机光热材料可以解决这些问题,使其在各种光热应用中具有巨大潜力。然而,目前有机光热材料制备方法较复杂,且应用主要集中于海水淡化和生物领域的光热治疗等低温(< 100 °C)应用,不能完全展示有机光热材料的潜能。

近期,华南理工大学唐本忠院士团队秦安军教授等利用自发和定量的[2+2]环加成-开环反应(CA-CR反应)以高达98%的收率便捷合成了一种加工性和热稳定好的有机近红外光热材料ATT。值得注意的是,由于反应的高效性,该反应也可以通过研磨或球磨工艺进行,后者只需15分钟便能以90%的产率得到ATT。制备方法的简化可以推动反应的无溶剂化,为材料的绿色、大规模生产奠定基础。

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光物理测试显示ATT粉末的吸收光谱可以拖尾到2000 nm以上,表明它具有全太阳光谱吸收能力。值得指出的是,ATT粉末在光照下可以升温到450 °C,同时保持优异的光热稳定性。这样优异的光热温升性能在有机光热材料中尚未报道。

为了更好地理解ATT的光热机制,作者提出了一个合理的模型。分子间相互作用引起摩擦,并将动能转化为热能,导致体系温度的升高。升高的温度进一步增强了分子运动和摩擦,产生更多的热量,使温度继续升高,直至达到平衡。因此,分子运动产生的摩擦力是产生热量和提高温度的驱动力。由于ATT具有卓越的光热性能和优异的加工性能,作者利用不同的加工方法将其用于各种高温应用,例如光引燃、光熔化、光冲压、光焊接和光控高温形状记忆等。

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这项工作提供了一种制备超高温且可加工有机光热材料的新方法,并为它们在高温环境中的应用开辟了道路。

文信息

A Processible and Ultrahigh-temperature Organic Photothermal Material through Spontaneous and Quantitative [2+2] Cycloaddition–Cycloreversion

Pengbo Han, He Xu, Guiquan Zhang, Anjun Qin, Ben Zhong Tang

文章的第一作者是华南理工大学的韩鹏博博士,共同第一作者为徐赫同学,通讯作者为秦安军教授和唐本忠院士。

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202406381

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