【引言】
能源是人类赖以生存的物质基础，是社会和经济可持续发展的重要物质保障。相变材料（Phase Change Materials，PCMs）可以利用材料的相变过程，吸收并将环境的热能存储起来，并在需要时将热能释放出来，可以有效地解决时空热能供给和需求之间不平衡的矛盾。目前，相变材料已在建筑节能、工业余热利用、太阳能利用等诸多领域有着广泛的应用潜力。但是，纯PCMs的泄漏问题和低导热性仍然极大地限制了相变材料的吸放热效率，因此，在确保高效的热存储能力的前提下，如何有效地解决泄露问题和提升热导率成为相变材料领域研究的焦点。
【成果简介】
北京科技大学材料科学与工程学院王戈教授和杨穆教授（共同通讯作者）指导博士生陈晓（第一作者），利用交联剂DVB通过一步高温煅烧法实现了对碳量子点衍生碳材料结构的有效调控，最终利用合适的煅烧温度和交联剂用量协同构筑了一种相互紧密贯穿的3D高石墨化网络碳材料。以此碳材料为载体通过毛细作用力封装聚乙二醇制备的定型复合相变材料不仅有效地解决了传统的泄露问题，而且还集成了高的热存储容量和增强的导热系数两大优点，这是由于高度sp2杂化的相互紧密贯穿的3D网络碳材料可以强化声子的传播振动。与传统的引入大量高热导率添加物来提高PCMs热导率方法相比，这种方法显著降低了热能存储密度的牺牲程度。此外，制备的定型复合相变材料具有持久的热稳定性，在可再生热能储存领域表现出大的应用潜力。相关研究成果近期发表在国际顶级能源期刊Nano Energy (影响因子：12.343)上，题为“Highly graphitized 3D network carbon for shape-stabilized composite PCMs with superior thermal energy harvesting”
【图文导读】
(a)复合相变材料制备示意图
(b) CQDs的TEM及粒径分布
(c-d) CQDs的XPS
(e-g) CQDs的荧光图像
不同煅烧温度和DVB用量下制备的碳材料的SEM和TEM图像
不同煅烧温度和DVB用量下制备的碳材料的拉曼光谱
（a-c）复合相变材料的DSC图和（d）相应的热焓值
(a-c)复合相变材料的红外热成像图
(d)复合相变材料的温度-时间曲线图
(e-f)复合相变材料的热导率
(g)复合相变材料的焓值循环稳定性
(h-i)复合相变材料的热循环稳定性
【小结】
本文提出了一种简单，低成本的一步煅烧方法构筑相互紧密贯穿的3D高石墨化的导热网络碳材料。交联剂DVB的引入一方面实现了CQDs衍生碳纳米片自组装孔的有效调控，另一方面能够与煅烧温度协同增强多孔碳的石墨化程度。以此3D高石墨化碳材料为载体封装制备的定型复合相变材料不仅有效解决了传统的泄露问题，而且还集成了相变材料的高负载量和增强的热传导系数两大优势。此外，高石墨化三维网络多孔碳封装的复合相变材料其潜热非常接近理论值，同时还具有优异的定型能力和热循环稳定性。
文献链接：Xiao Chen, Hongyi Gao, Mu Yang*, Wenjun Dong, Xiubing Huang, Ang Li, Cheng Dong, Ge Wang*, Highly graphitized 3D network carbon for shape-stabilized composite PCMs with superior thermal energy harvesting, Nano Energy, 49 (2018) 86-94. DOI: org/10.1016/j.nanoen.2018.03.075
