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太陽能(neng)-熱(re)轉換被認為是提高儲能(neng)材(cai)料性(xing)能(neng)的(de)(de)一種(zhong)綠色且簡(jian)單(dan)的(de)(de)手段，但(dan)往(wang)往(wang)受到材(cai)料固有的(de)(de)光(guang)熱(re)特性(xing)和粗略的(de)(de)結(jie)構設計的(de)(de)限制。本文，西北工業大學(xue)梅(mei)輝等研究人員在《ADVANCED SCIENCE》期刊發表(biao)名為“Nature-Inspired 3D Spiral Grass Structured Graphene Quantum Dots/MXene Nanohybrids with Exceptional Photothermal-Driven Pseudo-Capacitance Improvement”的(de)(de)論(lun)文，研究受寬葉螺(luo)旋(xuan)草(cao)在光(guang)合作用(yong)過程中獨特的(de)(de)光(guang)捕獲效應的(de)(de)啟發，開(kai)發了(le)一種(zhong)仿生結(jie)構光(guang)熱(re)儲能(neng)系統，以進(jin)一步促(cu)進(jin)太陽能(neng)熱(re)驅動的(de)(de)贗電容改進(jin)。

在該系統(tong)中，具(ju)有有趣的(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)捕獲特性的(de)(de)(de)(de)3D打印(yin)扭(niu)轉(zhuan)開(kai)爾文(wen)單元陣列結(jie)(jie)構充(chong)當“螺旋葉片”以提(ti)高光(guang)(guang)(guang)吸(xi)收效率，而(er)石墨(mo)烯(xi)量(liang)子點/MXene納米(mi)雜(za)化(hua)物具(ju)有寬光(guang)(guang)(guang)熱(re)響(xiang)應(ying)范圍和強(qiang)電化(hua)學(xue)活性，可作(zuo)為光(guang)(guang)(guang)熱(re)轉(zhuan)換和儲能(neng)的(de)(de)(de)(de)“葉綠體(ti)”。正如(ru)預期的(de)(de)(de)(de)那樣，仿生結(jie)(jie)構增強(qiang)的(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)熱(re)超級(ji)電容器實現了(le)理想的(de)(de)(de)(de)太(tai)陽(yang)熱(re)驅(qu)動偽電容增強(qiang)（高達304%），即10.47Fcm-2的(de)(de)(de)(de)超高面積電容，顯著的(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)熱(re)響(xiang)應(ying)（表面溫度變化(hua)50.1°C），優(you)異的(de)(de)(de)(de)能(neng)量(liang)密度（1.18mWh cm-2）和循(xun)環(huan)穩定性（10000次循(xun)環(huan)）。這項工(gong)作(zuo)不僅為光(guang)(guang)(guang)熱(re)應(ying)用提(ti)供(gong)了(le)一種(zhong)新的(de)(de)(de)(de)增強(qiang)策(ce)略，而(er)且還為多功能(neng)儲能(neng)和轉(zhuan)換裝(zhuang)置提(ti)供(gong)了(le)新的(de)(de)(de)(de)結(jie)(jie)構設計(ji)。

圖文導讀

圖1、3D打印仿生GQD/MXene電極(ji)的制(zhi)造示(shi)意圖。

圖(tu)2、a-c)GQDs/MXene納(na)米雜化物SEM圖(tu)像(xiang)。d-f)GQDs/MXene納(na)米雜化物的TEM和HRTEM圖(tu)像(xiang)。g)SAED模(mo)式。

圖(tu)3、具(ju)有不同扭轉(zhuan)角的(de)(de)3D打印仿生(sheng)GQDs/MXene混合納米涂層電池晶格電極(ji)的(de)(de)電化學性能

圖4、不同(tong)扭轉角(jiao)的仿(fang)生GQDs/MXene納米雜化物(wu)電(dian)極內光傳輸的模擬(ni)結果(guo)。

圖5、a)太陽光(guang)照下(xia)不同扭(niu)轉角的(de)(de)仿生結(jie)構(gou)電極的(de)(de)紅(hong)外圖像。b)太陽光(guang)照下(xia)不同扭(niu)轉角的(de)(de)仿生結(jie)構(gou)電極的(de)(de)ΔT時間曲線。c)GQDs/MXene-720°電極在不同功(gong)率密度下(xia)太陽光(guang)照下(xia)的(de)(de)表面溫度。

綜上所述，預計基于(yu)MXene的光(guang)熱SC及其仿生結構(gou)設計將(jiang)推動新一代多功(gong)能電(dian)極架構(gou)的發(fa)展，并指導太陽(yang)能熱系(xi)統、儲能裝(zhuang)置、電(dian)磁屏蔽裝(zhuang)置、光(guang)傳感器、太陽(yang)能電(dian)池、太陽(yang)能電(dian)池等領域的實(shi)質性進展，電(dian)化學致動器和(he)生物(wu)醫學機器人(ren)。