全球氣候變化和城市化加速進(jìn)程導致了嚴重的能源、環(huán)境和安全問(wèn)題。低碳、低能耗的被動(dòng)輻射冷卻技術(shù)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(chǎn)品制備的輻射冷卻材料往往存在制冷效率低、環(huán)境友好性差等問(wèn)題。

近日，中國消防協(xié)會(huì )防火材料分會(huì )單位會(huì )員四川大學(xué)環(huán)保型高分子材料國家地方聯(lián)合工程實(shí)驗室王玉忠院士團隊趙海波教授提出了一種基于生物質(zhì)本征光致發(fā)光輻射制冷新策略，發(fā)展了具有高太陽(yáng)光反射率、可循環(huán)利用的全生物質(zhì)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(fā)表在Science上，論文的第一作者為四川大學(xué)化學(xué)學(xué)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(zhì)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(fā)光效應使得氣凝膠將吸收的紫外光轉化為可見(jiàn)光，有效提高氣凝膠材料在可見(jiàn)光區域的太陽(yáng)光加權反射率（太陽(yáng)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(yáng)輻照度的戶(hù)外條件下，環(huán)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(guò)可擴展、普適的水焊接策略實(shí)現了具有各向異性孔結構氣凝膠板的大規模制備，長(cháng)程有序的孔結構可確保氣凝膠材料光學(xué)性質(zhì)及綜合性能的可靠性。此外，該全生物質(zhì)氣凝膠材料具有阻燃、可快速自修復、可循環(huán)利用和可生物降解等性能，在材料來(lái)源、制備、使用及廢棄的全生命周期具有高環(huán)境友好性。該工作為未來(lái)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(fā)光生物質(zhì)輻射冷卻氣凝膠板示意圖

圖2 GE-DNA氣凝膠的自修復、循環(huán)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(xué)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(xié)會(huì )防火材料分會(huì )供稿)