Water-Soluble Azobenzene-Based Solar Thermal Fuels with Improved Long-Term Energy Storage and Energy Density

材料科学 热能储存 储能 溶解度 偶氮苯 太阳能 化学工程 热能 试剂 有机化学 化学 复合材料 聚合物 热力学 生态学 功率(物理) 物理 生物 工程类
作者
Haojie Chen,Chang Yang,Haojie Chen,Weiyi Zhang,Xin Cui,Qingquan Tang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
被引量:5
标识
DOI:10.1021/acsami.3c12264
摘要

Azobenzene (azo)-based solar thermal fuels (STFs) have been developed to harvest and store solar energy. However, due to the lipophilicity and low energy density of azo-based STFs, the derived devices demand a large amount of toxic organic solvents for continuous and scalable energy storage. Herein, we report an ionic strategy to prepare water-soluble azo-based STFs (WASTFs) with improved energy storage performance, which can be realized through a facile quaternization reaction using commercial reagents. A family of WASTFs were synthesized, and all of them showed good water solubility, long-term thermal half-life (>30 days), and high energy storage density (a highest energy density of ∼143.6 J g–1 corresponding to an energy storage enthalpy of ∼111.8 kJ mol–1). Compared to the electrically neutral azo-based STFs with similar chemical structures, ΔH and thermal half-life (τ1/2) of the WASTFs are 2.5 times higher and 7.3 times longer, respectively. Cation−π interactions between the quaternized moieties [N+(CHx)4] and benzene moieties of azo were confirmed, which could account for their improvement of the energy storage performance. Macroscale heat release with an average temperature difference of ∼2 °C was achieved for the WASTFs prepared in this work. Generally, a novel family of WASTFs are synthesized and show great applicable prospects in fabricating advanced solar energy storage devices.
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