南昌大学《ACS AMI》：基于石墨烯气凝胶的有机相变材料，用于有效储热

成果简介

在热能储存领域，有机相变材料（PCMs）被广泛用作提升热能应用的功能材料。然而，在构建具有高焓值的形状稳定的复合PCM和具有低泄漏率的PCM之间往往存在着权衡。在这里，本文，南昌大学 胡小武等研究人员在《ACS Appl. Mater. Interfaces》期刊发表名为“Lipophilic Modified Hierarchical Multiporous rGO Aerogel-Based Organic Phase Change Materials for Effective Thermal Energy Storage”的论文，研究提出了一个很有希望的方案来解决这个问题。通过水热法制备了由还原氧化石墨烯（rGO）和共价有机框架（COF）组成的新型水凝胶，冷冻干燥后形成了具有分层多孔结构的rGO-COF超轻气凝胶。rGO-COF气凝胶对有机溶剂显示出良好的吸收能力和亲和力。它可以充分吸附熔融的有机PCM，如聚乙二醇（PEG），并合成形状稳定且具有优异耐泄漏性的复合PCM。

生长在rGO表面的COF对PEG具有优异的亲和力，因此rGO–COF气凝胶显示出高达96.1 wt%的出色PEG负载率，比rGO气凝胶高1.7wt %。此外，与PEG/rGO相比，COF有效地降低了PEG/rGO-COF的过冷度，达到20.3%。同时，制备的PEG/rGO-COF表现出极高的焓值和相对焓值效率（164.6 J/g，97.4%）。这表明本工作为制备高焓形状稳定的复合有机PCM提供了一个有前景的方向。

图文导读

图1. (a)rGO-COF气凝胶和(b)基于PEG的复合PCMs的制备过程示意图；(c)描述基于PEG的复合PCMs储能的示意图；以及(d)rGO-COF气凝胶（顶部）和PEG/rGO-COF（底部）的SEM图像。

图2. (a)在树枝上的rGO-COF气凝胶，(b)水凝胶，和(c)支持重量的rGO-COF气凝胶的照片。(d, e) rGO气凝胶、(f, g) COF和(h, i, j) rGO-COF气凝胶的SEM图像。(k) rGO-COF气凝胶的EDS图案。

图3：（a）不同气凝胶在硅油中的吸收和沉淀过程。b）不同气凝胶对红色染色硅油的吸收过程。(c) 不同气凝胶对不同有机溶剂的吸收能力。

图4.（a）DSC加热热谱图，（b）DSC冷却热谱图（d）TGA曲线，（e）DTG曲线，（g）过冷度，（h）焓效率，（i）PEG、PEG/rGO和PEG/rGO-COF的热导率；（c） 热循环试验的DSC热谱图；（f） COF的TGA曲线。

图5.本研究和先前文献中复合PCM的性能雷达图。

图6.（a）泄漏试验的物理图像和（b）红外热图像。

图7. (a) 测试装置的示意图。(b) PEG/rGO和PEG/rGO-COF的温度变化曲线。

小结

本文通过添加COF涂层成功地改善了rGO表面的亲油性，使rGO-COF气凝胶表现出对有机溶剂良好的吸收性。为基于rGO的复合有机PCM在热能储存领域的进一步应用提供了指导。

文献：https://doi.org/10.1021/acsami.2c17041