Low pressure reversibly driving colossal barocaloric effect in two-dimensional vdW alkylammonium halides

材料科学 范德瓦尔斯力 相变 卤化物 各向异性 过冷 热力学 化学物理 凝聚态物理 化学 有机化学 分子 物理 量子力学
作者
Yi-Hong Gao,Donghui Wang,Fengxia Hu,Q. Huang,Youting Song,Shuaikang Yuan,Zheng-Ying Tian,Bingjie Wang,Zibing Yu,Houbo Zhou,Yue Kan,Yuan Lin,Jing Wang,Yunliang Li,Ying Liu,Yunzhong Chen,Jirong Sun,Tongyun Zhao,Baogen Shen
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:15 (1) 被引量:4
标识
DOI:10.1038/s41467-024-46248-1
摘要

Abstract Plastic crystals as barocaloric materials exhibit the large entropy change rivalling freon, however, the limited pressure-sensitivity and large hysteresis of phase transition hinder the colossal barocaloric effect accomplished reversibly at low pressure. Here we report reversible colossal barocaloric effect at low pressure in two-dimensional van-der-Waals alkylammonium halides. Via introducing long carbon chains in ammonium halide plastic crystals, two-dimensional structure forms in (CH 3 –(CH 2 ) n-1 ) 2 NH 2 X (X: halogen element) with weak interlayer van-der-Waals force, which dictates interlayer expansion as large as 13% and consequently volume change as much as 12% during phase transition. Such anisotropic expansion provides sufficient space for carbon chains to undergo dramatic conformation disordering, which induces colossal entropy change with large pressure-sensitivity and small hysteresis. The record reversible colossal barocaloric effect with entropy change ΔS r ~ 400 J kg −1 K −1 at 0.08 GPa and adiabatic temperature change ΔT r ~ 11 K at 0.1 GPa highlights the design of novel barocaloric materials by engineering the dimensionality of plastic crystals.

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