[发明专利]一种基于偶氮苯光储能相变材料的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种基于偶氮苯光储能相变材料的制备方法，包括以下步骤：(1)光响应偶氮苯分子制备：将4‑羟基偶氮苯和1‑溴代烷烃以N,N‑二甲基甲酰胺为溶剂，在碱和含碘催化剂条件下，反应得到4‑烷氧基偶氮苯储能分子；(2)偶氮苯光储能相变材料的制备：将步骤(1)所制备的4‑烷氧基偶氮苯储能分子与有机相变材料进行熔融共混，并进行充分搅拌，得到偶氮苯光储能相变材料，在紫外光照下，相变点变低，在可见光照射下相变点升高，存在光响应相变控制。本发明的偶氮苯光储能分子具有光致变色性能，颜色的变化可以指示异构程度的变化，而这种对应关系可以实现对能量储存状态的监控，提高能量的利用效率。

技术领域

本发明涉及光储能相变变色材料的制备方法及应用，尤其涉及一种基于偶氮苯光储能相变材料的制备方法及应用。

背景技术

能源的消耗日益加剧，同时石油、煤炭等资源过度开采与使用，根据2015年联合国气候变化会议(COP 21)通过的《巴黎协定》，该协定为2020年后全球应对气候变化行动做出安排，全球排放必须在2050年之前减少60％。因此，需要去寻找其他可持续发展的能源来代替这些不可再生的资源，而太阳能是一种清洁能源，几乎取之不尽用之不竭。国际能源协会(IEA)预测，在《巴黎协定》的最后期限之前，太阳能可以提供全球超过25％的能源需求，所以这要求将太阳能有效地收集、转换与储存。目前，提出多种技术能够对太阳能进行利用，如太阳能光电板、太阳能集热器、太阳能燃料等。相较于前两种材料，太阳能燃料更加轻便，同时能够有效地将太阳能进行转换为热能释放，有望应用于纺织品中，可以实现在穿戴过程中进行能量管理，这种能量管理是构建将光能吸收与储能结合，并在特定环境中可控释放的系统，同时这种能量的储存状态能够可视化的展示出来。因此，制备具有响应性的太阳能燃料来吸收太阳能使之转变为热能输出，并应用于纺织品中，得到光储能柔性纺织品，对真正实现织物的能量管理具有重要意义。

响应性的太阳能燃料是指其可以收集太阳能并通过含能化学键储存它，在这种化学键中，太阳能的收集和储存过程被整合在一个单一的材料中，同时可以通过外界环境的刺激(如特定波长光、热、电、磁、氧化还原剂等)进行调控释放，可循环使用。其中特定波长光作为太阳能的一部分，它能够提高太阳能的利用率，同时在使用过程中不需要添加外在化学试剂，在体系中不存在积累。这种响应性的太阳能燃料的特定基团有偶氮苯、降冰片二烯等，其中偶氮苯具有宽吸收光谱、高耐用性、长久的储存半衰期、可控的能量密度收到广泛关注。采用偶氮苯为光储能基团，合成可控的太阳能燃料，基于偶氮苯基团在紫外光和可见光照射下，发生顺反异构，存在能量的释放与储存。在反式状态下分子稳定，所有具有的能量低，在顺式状态下位于亚稳态状态，分子能量高，从顺式到反式过程中分子能够将化学能转变为热能释放，反之则将光能转变为化学能。同时偶氮苯具有光致变色的性能，在异构过程也伴随着颜色的变化这种颜色的变化能够直观地指示能量的储存状态。目前，关于可控的太阳能燃料用于纺织品上的研究报道较少。另一方面，偶氮苯基团的光响应速度快，可逆性好，在能量管理过程中具有储存快，释放精准的优点。相变材料作为一种商业化储能材料，具有高储能性能的优势，将其与偶氮苯分子结合可实现光储能，可控光释放的目的。基于偶氮苯基团，制备结合光致变色的可控太阳能燃料，可赋予纺织品光储能性能的同时监控能量储存状态，大大提高其应用价值，在可穿戴温度管理领域具有巨大的应用潜力。

发明内容

发明目的：本发明旨在提出一种基于偶氮苯光储能相变材料的制备方法，制备得到的偶氮苯光储能相变材料光储能性能好、能量密度高、稳定性能及循环性能优异。本发明的另一目的是提供该基于偶氮苯光储能相变材料在应用中对能量储存的监控以及具体能量释放。

技术方案：本发明所述的一种基于偶氮苯光储能相变材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)光响应偶氮苯分子制备：将4-羟基偶氮苯和1-溴代烷烃以N,N-二甲基甲酰胺为溶剂，在碱和和含碘催化剂条件下，均匀搅拌加热，反应得到4-烷氧基偶氮苯储能分子；