Molecularly Engineered Azobenzene Derivatives for High Energy Density Solid-State Solar Thermal Fuels

材料科学 偶氮苯 热稳定性 无定形固体 化学工程 固态 联苯 热的 聚合物 有机化学 复合材料 物理化学 热力学 化学 物理 工程类
作者
Eugene N. Cho,David Zhitomirsky,Grace G. D. Han,Yun Liu,Jeffrey C. Grossman
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:9 (10): 8679-8687 被引量:109
标识
DOI:10.1021/acsami.6b15018
摘要

Solar thermal fuels (STFs) harvest and store solar energy in a closed cycle system through conformational change of molecules and can release the energy in the form of heat on demand. With the aim of developing tunable and optimized STFs for solid-state applications, we designed three azobenzene derivatives functionalized with bulky aromatic groups (phenyl, biphenyl, and tert-butyl phenyl groups). In contrast to pristine azobenzene, which crystallizes and makes nonuniform films, the bulky azobenzene derivatives formed uniform amorphous films that can be charged and discharged with light and heat for many cycles. Thermal stability of the films, a critical metric for thermally triggerable STFs, was greatly increased by the bulky functionalization (up to 180 °C), and we were able to achieve record high energy density of 135 J/g for solid-state STFs, over a 30% improvement compared to previous solid-state reports. Furthermore, the chargeability in the solid state was improved, up to 80% charged from 40% charged in previous solid-state reports. Our results point toward molecular engineering as an effective method to increase energy storage in STFs, improve chargeability, and improve the thermal stability of the thin film.

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