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太陽能-熱轉(zhuǎn)換被認(rèn)為是提高儲(chǔ)能材料性能的一種綠色且簡單的手段，但往往受到材料固有的光熱特性和粗略的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的限制。本文，西北工業(yè)大學(xué)梅輝等研究人員在《ADVANCED SCIENCE》期刊發(fā)表名為“Nature-Inspired 3D Spiral Grass Structured Graphene Quantum Dots/MXene Nanohybrids with Exceptional Photothermal-Driven Pseudo-Capacitance Improvement”的論文，研究受寬葉螺旋草在光合作用過程中獨(dú)特的光捕獲效應(yīng)的啟發(fā)，開發(fā)了一種仿生結(jié)構(gòu)光熱儲(chǔ)能系統(tǒng)，以進(jìn)一步促進(jìn)太陽能熱驅(qū)動(dòng)的贗電容改進(jìn)。

在該系統(tǒng)中，具有有趣的光捕獲特性的3D打印扭轉(zhuǎn)開爾文單元陣列結(jié)構(gòu)充當(dāng)“螺旋葉片”以提高光吸收效率，而石墨烯量子點(diǎn)/MXene納米雜化物具有寬光熱響應(yīng)范圍和強(qiáng)電化學(xué)活性，可作為光熱轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)能的“葉綠體”。正如預(yù)期的那樣，仿生結(jié)構(gòu)增強(qiáng)的光熱超級(jí)電容器實(shí)現(xiàn)了理想的太陽熱驅(qū)動(dòng)偽電容增強(qiáng)（高達(dá)304%），即10.47Fcm-2的超高面積電容，顯著的光熱響應(yīng)（表面溫度變化50.1°C），優(yōu)異的能量密度（1.18mWh cm-2）和循環(huán)穩(wěn)定性（10000次循環(huán)）。這項(xiàng)工作不僅為光熱應(yīng)用提供了一種新的增強(qiáng)策略，而且還為多功能儲(chǔ)能和轉(zhuǎn)換裝置提供了新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

圖文導(dǎo)讀

圖1、3D打印仿生GQD/MXene電極的制造示意圖。

圖2、a-c)GQDs/MXene納米雜化物SEM圖像。d-f)GQDs/MXene納米雜化物的TEM和HRTEM圖像。g)SAED模式。

圖3、具有不同扭轉(zhuǎn)角的3D打印仿生GQDs/MXene混合納米涂層電池晶格電極的電化學(xué)性能

圖4、不同扭轉(zhuǎn)角的仿生GQDs/MXene納米雜化物電極內(nèi)光傳輸?shù)哪M結(jié)果。

圖5、a)太陽光照下不同扭轉(zhuǎn)角的仿生結(jié)構(gòu)電極的紅外圖像。b)太陽光照下不同扭轉(zhuǎn)角的仿生結(jié)構(gòu)電極的ΔT時(shí)間曲線。c)GQDs/MXene-720°電極在不同功率密度下太陽光照下的表面溫度。

綜上所述，預(yù)計(jì)基于MXene的光熱SC及其仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將推動(dòng)新一代多功能電極架構(gòu)的發(fā)展，并指導(dǎo)太陽能熱系統(tǒng)、儲(chǔ)能裝置、電磁屏蔽裝置、光傳感器、太陽能電池、太陽能電池等領(lǐng)域的實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，電化學(xué)致動(dòng)器和生物醫(yī)學(xué)機(jī)器人。