共晶工程憑借其結構靈活性、操作簡便、成本低廉等優(yōu)點，已逐漸成為一種新興而有效的策略來構建有機功能材料。其中，共晶中供受體之間的電荷轉移作用可以誘導電子離域、調諧能帶結構、產(chǎn)生光譜紅移至近紅外區(qū)域，從而具備各種特殊的近紅外光電性質。具有強近紅外吸收的電荷轉移共晶被報道具有優(yōu)異的光熱轉換性能，在太陽能熱轉換方面表現(xiàn)出良好的應用前景，但其效率仍受到共晶對太陽光吸收不足以及光熱轉換效率低的限制。
近日，湖南大學的陳卓教授課題組提出了一種新策略— —利用持久性陽離子自由基作為電子受體來構建電荷轉移共晶，并將其應用于太陽能驅動的界面海水淡化。該策略利用陽離子自由基的強電子接受能力和長波長吸收等性質，可以很大程度上拓寬電荷轉移共晶的吸收光譜，從而高效地吸收全譜太陽光以實現(xiàn)最佳的太陽能光熱轉換。
該研究首先通過對2,2'-聯(lián)氮-雙-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸（ABTS）進行單電子氧化得到持久性ABTS陽離子自由基（ABTS+?），再分別以ABTS+?和3,3',5,5'-四甲基聯(lián)苯胺（TMB）作為電子受體和供體，通過簡單的溶液共沉淀法合成一種新型的一維電荷轉移共晶（TAHC）。X射線單晶衍射解析和理論計算表明，TAHC具有三明治狀的復合物結構，在2TMB-ABTS+?復合物中，兩邊的TMB都轉移0.3個電子到中間的ABTS+?上，這種強電荷轉移有利于拓寬TAHC的吸收光譜。又因為ABTS+?本身的長波吸收特性，合成的TAHC具有全光譜吸收，可以有效地捕獲全波段太陽能，并表現(xiàn)出優(yōu)異的光熱轉換。 進一步將TAHC摻雜到多孔和低熱導率的聚氨酯（PU）中形成PU-TAHC海綿，并應用于太陽能驅動的界面水分蒸發(fā)體系中，PU-TAHC憑借其全譜吸收和優(yōu)異的光熱轉換性能展示出比其它水蒸發(fā)體系更高的效率。在太陽光（1 kW m-2）照射下，PU-TAHC海綿的水蒸發(fā)速率為1.407 kg m-2 h-1，對應的太陽能-蒸汽轉換效率達到了97.0%。該體系也適用于真實海水的界面海水蒸發(fā)，相應的太陽能-蒸汽轉換效率為89.0%。 總之，該研究中所提出的利用持久性陽離子自由基作為電子受體構建全譜吸收的電荷轉移共晶的策略，能夠克服傳統(tǒng)共晶對太陽光吸收有限及光熱轉換效率低的不足，有望為界面太陽能驅動的海水淡化提供新方案，同時也顯示了陽離子自由基在光電器件、能源、生物醫(yī)學等領域的廣泛應用潛力。 論文信息 Charge-Transfer Cocrystal via a Persistent Radical Cation Acceptor for Efficient Solar-Thermal Conversion Jieqiong Xu, Qian Chen, Shengkai Li, Jiachao Shen, Phouphien Keoingthong, Liang Zhang, Zhiwei Yin, Xinqi Cai, Zhuo Chen, Weihong Tan 文章的第一作者是湖南大學博士研究生許潔瓊，通訊作者是湖南大學陳卓教授。 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202202571
