成果简介
太阳能-热转换被认为是提高储能材料性能的一种绿色且简单的手段，但往往受到材料固有的光热特性和粗略的结构设计的限制。本文，西北工业大学梅辉等研究人员在《ADVANCED SCIENCE》期刊发表名为“Nature-Inspired 3D Spiral Grass Structured Graphene Quantum Dots/MXene Nanohybrids with Exceptional Photothermal-Driven Pseudo-Capacitance Improvement”的论文，研究受宽叶螺旋草在光合作用过程中独特的光捕获效应的启发，开发了一种仿生结构光热储能系统，以进一步促进太阳能热驱动的赝电容改进。
在该系统中，具有有趣的光捕获特性的3D打印扭转开尔文单元阵列结构充当“螺旋叶片”以提高光吸收效率，而石墨烯量子点/MXene纳米杂化物具有宽光热响应范围和强电化学活性，可作为光热转换和储能的“叶绿体”。正如预期的那样，仿生结构增强的光热超级电容器实现了理想的太阳热驱动伪电容增强（高达 304%），即10.47Fcm-2 的超高面积电容，显著的光热响应（表面温度变化50.1°C），优异的能量密度（1.18mWh cm -2）和循环稳定性（10000次循环）。这项工作不仅为光热应用提供了一种新的增强策略，而且还为多功能储能和转换装置提供了新的结构设计。
图文导读
图1、3D打印仿生 GQD/MXene电极的制造示意图。
图2、a-c) GQDs/MXene纳米杂化物SEM图像。d-f) GQDs/MXene 纳米杂化物的 TEM 和 HRTEM 图像。g) SAED 模式。
图3、具有不同扭转角的3D打印仿生GQDs/MXene 混合纳米涂层电池晶格电极的电化学性能
图4、不同扭转角的仿生GQDs/MXene纳米杂化物电极内光传输的模拟结果。
图5、a) 太阳光照下不同扭转角的仿生结构电极的红外图像。b) 太阳光照下不同扭转角的仿生结构电极的ΔT时间曲线。c) GQDs/MXene-720°电极在不同功率密度下太阳光照下的表面温度。
小结
综上所述，预计基于MXene的光热SC及其仿生结构设计将推动新一代多功能电极架构的发展，并指导太阳能热系统、储能装置、电磁屏蔽装置、光传感器、太阳能电池、太阳能电池等领域的实质性进展，电化学致动器和生物医学机器人。
文献：https://doi.org/10.1002/advs.202204086
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