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太(tai)陽能-熱(re)(re)(re)轉換被認(ren)為是提高儲能材料(liao)(liao)性能的(de)一種(zhong)綠色且簡單(dan)的(de)手段(duan)，但往往受(shou)到材料(liao)(liao)固(gu)有的(de)光熱(re)(re)(re)特(te)性和粗略(lve)的(de)結(jie)構設計的(de)限制(zhi)。本(ben)文，西北工(gong)業大學梅輝等研(yan)究(jiu)人員(yuan)在(zai)《ADVANCED SCIENCE》期刊發表名為“Nature-Inspired 3D Spiral Grass Structured Graphene Quantum Dots/MXene Nanohybrids with Exceptional Photothermal-Driven Pseudo-Capacitance Improvement”的(de)論(lun)文，研(yan)究(jiu)受(shou)寬(kuan)葉螺旋草在(zai)光合作用過程中獨特(te)的(de)光捕獲(huo)效應的(de)啟發，開發了(le)一種(zhong)仿生(sheng)結(jie)構光熱(re)(re)(re)儲能系統，以進(jin)(jin)一步促進(jin)(jin)太(tai)陽能熱(re)(re)(re)驅動(dong)的(de)贗電容改進(jin)(jin)。

在該系統中，具(ju)有(you)有(you)趣(qu)的(de)光捕獲特性的(de)3D打印扭轉開爾文(wen)單元陣列結(jie)(jie)構(gou)充當“螺旋(xuan)葉片”以提(ti)高光吸收效(xiao)率，而石墨烯量(liang)子點/MXene納米雜(za)化(hua)物(wu)具(ju)有(you)寬光熱響應范圍和強(qiang)(qiang)電化(hua)學活性，可(ke)作為(wei)光熱轉換(huan)和儲能(neng)(neng)的(de)“葉綠體”。正如(ru)預(yu)期的(de)那樣(yang)，仿生結(jie)(jie)構(gou)增(zeng)強(qiang)(qiang)的(de)光熱超級電容(rong)(rong)器實現了(le)理想(xiang)的(de)太(tai)陽熱驅動偽電容(rong)(rong)增(zeng)強(qiang)(qiang)（高達304%），即10.47Fcm-2的(de)超高面積(ji)電容(rong)(rong)，顯著的(de)光熱響應（表面溫度變化(hua)50.1°C），優異的(de)能(neng)(neng)量(liang)密度（1.18mWh cm-2）和循環(huan)穩(wen)定性（10000次循環(huan)）。這項(xiang)工作不僅為(wei)光熱應用提(ti)供了(le)一種新的(de)增(zeng)強(qiang)(qiang)策略，而且還為(wei)多功能(neng)(neng)儲能(neng)(neng)和轉換(huan)裝置提(ti)供了(le)新的(de)結(jie)(jie)構(gou)設計。

圖文導讀

圖1、3D打印仿生GQD/MXene電極的(de)制造示意(yi)圖。

圖(tu)2、a-c)GQDs/MXene納米(mi)雜(za)化物(wu)SEM圖(tu)像。d-f)GQDs/MXene納米(mi)雜(za)化物(wu)的TEM和HRTEM圖(tu)像。g)SAED模(mo)式。

圖(tu)3、具有不同扭轉角的(de)3D打印(yin)仿(fang)生(sheng)GQDs/MXene混合納米(mi)涂層電池晶(jing)格電極的(de)電化學性能

圖4、不同扭轉(zhuan)角的仿生GQDs/MXene納(na)米雜化物電極內(nei)光傳輸(shu)的模(mo)擬結果。

圖5、a)太陽(yang)光(guang)照(zhao)下(xia)不同(tong)(tong)扭(niu)轉(zhuan)(zhuan)角的(de)(de)仿(fang)生(sheng)結構電(dian)極(ji)的(de)(de)紅(hong)外圖像。b)太陽(yang)光(guang)照(zhao)下(xia)不同(tong)(tong)扭(niu)轉(zhuan)(zhuan)角的(de)(de)仿(fang)生(sheng)結構電(dian)極(ji)的(de)(de)ΔT時間曲線。c)GQDs/MXene-720°電(dian)極(ji)在不同(tong)(tong)功率密(mi)度(du)下(xia)太陽(yang)光(guang)照(zhao)下(xia)的(de)(de)表(biao)面(mian)溫度(du)。

綜(zong)上所述，預計(ji)基(ji)于MXene的(de)光熱SC及其仿生結構設計(ji)將(jiang)推動新一代多功能(neng)電極架構的(de)發展(zhan)，并(bing)指導太(tai)陽能(neng)熱系統、儲能(neng)裝置(zhi)、電磁屏蔽(bi)裝置(zhi)、光傳感(gan)器、太(tai)陽能(neng)電池(chi)、太(tai)陽能(neng)電池(chi)等領域的(de)實質性進展(zhan)，電化學(xue)致動器和(he)生物醫學(xue)機器人。