全球氣候變化和城市化加速進程導致了嚴重的能源、環境和安全問題。低碳、低能耗的被動輻射冷卻技術是解決全球變暖的一種有前景的熱管理策略。傳統的石油化工產品制備的輻射冷卻材料往往存在制冷效率低、環境友好性差等問題。
近日，中國消防協會防火材料分會單位會員四川大學環保型高分子材料國家地方聯合工程實驗室王玉忠院士團隊趙海波教授提出了一種基于生物質本征光致發光輻射制冷新策略，發展了具有高太陽光反射率、可循環利用的全生物質輻射冷卻氣凝膠。研究成果以“A photoluminescent hydrogen-bonded biomass aerogel for sustainable radiative cooling”為題發表在Science上，論文的第一作者為四川大學化學學院2022級碩士研究生馬健文，趙海波教授為論文的通訊作者。
由明膠和DNA制備的生物質氣凝膠具有獨特的熒光/磷光特性以及高度有序的層狀結構。這種本征光致發光效應使得氣凝膠將吸收的紫外光轉化為可見光，有效提高氣凝膠材料在可見光區域的太陽光加權反射率（太陽光模擬下高達104.0%），大幅增益氣凝膠材料的日間輻射冷卻效率，在高太陽輻照度的戶外條件下，環境溫度降低達16.0 ℃。另一方面，利用水介導氣凝膠界面處強離子氫鍵的可逆解離-重構特性，通過可擴展、普適的水焊接策略實現了具有各向異性孔結構氣凝膠板的大規模制備，長程有序的孔結構可確保氣凝膠材料光學性質及綜合性能的可靠性。此外，該全生物質氣凝膠材料具有阻燃、可快速自修復、可循環利用和可生物降解等性能，在材料來源、制備、使用及廢棄的全生命周期具有高環境友好性。該工作為未來可持續輻射冷卻材料的設計制備提供新思路。
圖1 本征光致發光生物質輻射冷卻氣凝膠板示意圖
圖2 GE-DNA氣凝膠的自修復、循環回收和可生物降解性能
圖3 GE-DNA氣凝膠的輻射冷卻機制與制冷效率
該工作得到了國家自然科學基金（52122302）和四川省科技計劃項目（2023NSFSC19）的支持。
(本文由中國消防協會防火材料分會供稿)
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