開發新型太陽能熱存儲材料已成為探索太陽能高效利用的重要基礎。近日，天津大學材料學院封偉教授帶領的團隊，通過化學結構設計，制備了具有高效光伏化學儲熱特性的偶氮苯/石墨烯復合材料，克服了傳統光伏儲熱材料與技術存在存儲密度低和裝置體積龐大等局限性，為實現高密度、長效循環的太陽能儲熱提供了可能。該成果日前刊發在自然（Nature）出版集團旗下期刊《科學報告》（Scientific Reports）上。

光伏化學儲熱是利用材料的光控化學結構轉變，將光能存儲于亞穩態的化學鍵中，通過可控回復實現熱能的釋放。設計光伏化學儲熱材料的關鍵是提高其儲熱密度和結構穩定性。該研究小組通過控制分子的取代基團，獲得了含不同分子級氫鍵的偶氮苯/石墨烯復合體。利用紫外光誘導下的光致異構化轉變，實現了太陽能的熱能存儲和可控釋放，并通過密度泛函理論計算并驗證了復合體的光伏儲熱效率。實驗結果顯示，經過分子級氫鍵的優化，偶氮苯/石墨烯復合體的亞穩態結構的半衰期達到5400小時，比普通偶氮苯染料半衰期長10倍；同時復合材料的光伏儲熱密度可達269 kJ/kg，是普通偶氮苯染料2倍。

該研究工作得到了國家973計劃和國家自然科學基金的支持。目前，該團隊正在通過優化復合材料的儲熱密度和循環穩定性，并構建基于該材料的光伏化學儲熱裝置，探索其在溫差控制系統等相關領域的應用可行性。