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直(zhi)接將(jiang)太陽(yang)(yang)能(neng)轉(zhuan)化(hua)為(wei)熱(re)(re)能(neng)是有(you)效的太陽(yang)(yang)能(neng)利用(yong)方(fang)式之一，其應(ying)用(yong)主要包括水蒸(zheng)氣蒸(zheng)發，海(hai)水淡(dan)化(hua)，室內供(gong)暖(nuan)以及光(guang)(guang)致驅動器。傳(chuan)統的導(dao)電(dian)高(gao)分子(zi)例如聚吡咯、聚苯胺等(deng)具有(you)優(you)秀的光(guang)(guang)熱(re)(re)轉(zhuan)換性能(neng)、較(jiao)低的熱(re)(re)導(dao)率和較(jiao)高(gao)的光(guang)(guang)學穩定性，是理想(xiang)的輕質高(gao)效光(guang)(guang)熱(re)(re)轉(zhuan)換材(cai)料(liao)。然而，目(mu)前基于(yu)導(dao)電(dian)高(gao)分子(zi)的光(guang)(guang)熱(re)(re)轉(zhuan)換材(cai)料(liao)因缺乏有(you)效的太陽(yang)(yang)光(guang)(guang)捕獲手(shou)段導(dao)致太陽(yang)(yang)光(guang)(guang)譜利用(yong)率低從(cong)而直(zhi)接限(xian)制其光(guang)(guang)熱(re)(re)能(neng)量(liang)轉(zhuan)換效率。

近日，中國(guo)科學技術大學徐航勛教(jiao)授課(ke)題組利用模板法，通過(guo)可(ke)控逐層界面(mian)聚(ju)合的方式直接在多種載體(ti)上(shang)得(de)到具有表(biao)面(mian)微結(jie)構的多層聚(ju)吡咯納(na)米片(每(mei)層厚度(du)約(yue)為(wei)100nm)成功實現寬光譜(pu)太陽(yang)光吸收和(he)高效太陽(yang)能(neng)光熱轉換。

由于(yu)聚(ju)吡咯(ge)納(na)米片(pian)與載體之間彈(dan)性(xing)模量(liang)的(de)(de)差異(yi)，當聚(ju)吡咯(ge)納(na)米片(pian)層(ceng)(ceng)生(sheng)長在(zai)載體上時，聚(ju)吡咯(ge)片(pian)層(ceng)(ceng)會發(fa)生(sheng)形變來釋放(fang)界面(mian)能量(liang)進(jin)而在(zai)其表(biao)面(mian)形成(cheng)無規分布(bu)的(de)(de)褶(zhe)皺(zhou)等表(biao)面(mian)微(wei)結構。隨著層(ceng)(ceng)數(shu)的(de)(de)增加(jia)(jia)，累積(ji)的(de)(de)界面(mian)能會使(shi)聚(ju)吡咯(ge)進(jin)一(yi)步發(fa)生(sheng)形變導致表(biao)面(mian)褶(zhe)皺(zhou)程度也(ye)進(jin)一(yi)步加(jia)(jia)大(da)并(bing)在(zai)達(da)到(dao)10層(ceng)(ceng)的(de)(de)時候表(biao)面(mian)褶(zhe)皺(zhou)程度達(da)到(dao)最大(da)值。

得益于多(duo)層聚(ju)(ju)吡(bi)(bi)咯(ge)(ge)在(zai)聚(ju)(ju)合過程中(zhong)自發生成的(de)獨特(te)褶皺結構，不同角(jiao)度的(de)入射(she)光都(dou)會在(zai)聚(ju)(ju)吡(bi)(bi)咯(ge)(ge)表面經(jing)過多(duo)重反射(she)后被吸收，促進了(le)多(duo)層聚(ju)(ju)吡(bi)(bi)咯(ge)(ge)納(na)米片的(de)全方位光捕捉能力。測量結果(guo)顯示，10層聚(ju)(ju)吡(bi)(bi)咯(ge)(ge)納(na)米片的(de)在(zai)太陽(yang)光譜范圍內的(de)光吸收率超(chao)過99%；在(zai)1KW/m2太陽(yang)光的(de)照(zhao)射(she)下(xia)的(de)光熱轉(zhuan)換效率達到95.33%，超(chao)過了(le)之(zhi)前所(suo)報道的(de)其(qi)他無機(ji)/有機(ji)光熱能量材料。

由(you)于(yu)聚吡(bi)咯(ge)與載(zai)體以(yi)及聚吡(bi)咯(ge)片層之間具有(you)很強的(de)氫鍵相互作(zuo)用，同時，聚吡(bi)咯(ge)表面組織的(de)微結構(gou)使得聚吡(bi)咯(ge)體系具有(you)很強的(de)柔(rou)韌(ren)性(xing)(xing)和(he)抗(kang)彎(wan)折能力，能夠經受不同程度的(de)機械形變而不影(ying)響(xiang)光熱轉換性(xing)(xing)能。

鑒于所(suo)制備(bei)聚吡(bi)咯結(jie)構高效的(de)(de)光(guang)熱(re)轉換(huan)能力，研究人員設計了一系(xi)列實(shi)驗來評價其在(zai)實(shi)際光(guang)熱(re)轉換(huan)應(ying)用(yong)(yong)中的(de)(de)潛力。例如(ru)，將其作(zuo)為(wei)吸光(guang)層用(yong)(yong)于直接光(guang)熱(re)轉換(huan)時(shi)，其效果(guo)遠超(chao)過商用(yong)(yong)的(de)(de)黑色吸光(guang)布；而利(li)用(yong)(yong)聚吡(bi)咯/PVDF雙(shuang)層結(jie)構用(yong)(yong)作(zuo)光(guang)致驅動器時(shi)，則可以實(shi)現快(kuai)速(su)大角(jiao)度的(de)(de)光(guang)照形變，并(bing)能在(zai)撤掉(diao)光(guang)源后快(kuai)速(su)回復；另(ling)外，上述材料還(huan)展現出優異的(de)(de)水蒸氣蒸發效率(lv)，同(tong)時(shi)在(zai)海水淡化及污染物處(chu)理方面的(de)(de)效果(guo)也十分顯(xian)著。

該研(yan)究不僅提供了一種制備具有表面(mian)微結構(gou)的多(duo)層聚合物薄膜(mo)并利用自發生成的表面(mian)結構(gou)以提高(gao)其光捕捉能力的方法(fa)，同(tong)時也為今后設計簡單高(gao)效的光熱能量(liang)轉換材(cai)料(liao)提供了新的思路和(he)見解。

注：相關結果發表在Advanced Materials(DOI:10.1002/adma.201807716)上。