光熱轉(zhuǎn)換是一種將光能轉(zhuǎn)化為熱能的過程，在環(huán)境治理、能源開發(fā)和醫(yī)學(xué)應(yīng)用等領(lǐng)域具有重要價(jià)值。這一過程高度依賴于具備強(qiáng)光吸收能力和高效光熱轉(zhuǎn)換性能的材料。金納米粒子（AuNCs）憑借其卓越的表面等離子共振（LSPR）特性、寬光譜吸收能力、快速光響應(yīng)以及高效熱產(chǎn)生能力，在太陽能收集、癌癥治療和光催化等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。然而，由于高表面能引發(fā)的團(tuán)聚效應(yīng)，AuNCs的性能往往迅速下降，如何精準(zhǔn)合成AuNCs并提升其穩(wěn)定性和光熱性能仍是一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)。 近日，湖南大學(xué)何清教授團(tuán)隊(duì)在前期超蕃分子籠研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)并開發(fā)了一種新型聯(lián)二萘-噻吩基超蕃分子籠。該分子籠具有準(zhǔn)封閉的特點(diǎn)，成功實(shí)現(xiàn)了對AuNCs的封裝與長期穩(wěn)定，不僅顯著提升了光熱轉(zhuǎn)換效率，還在海水淡化領(lǐng)域展現(xiàn)出實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。這一突破為高性能光熱材料的設(shè)計(jì)提供了新思路。
研究團(tuán)隊(duì)首先通過動態(tài)共價(jià)鍵化學(xué)構(gòu)建了一種亞胺型超蕃（TBN-Superphane），其設(shè)計(jì)具有精確的結(jié)合位點(diǎn)和空腔尺寸。超蕃內(nèi)部均勻分布多達(dá)36個(gè)金屬配位位點(diǎn)，包括12個(gè)噻吩位點(diǎn)、12個(gè)甲氧基位點(diǎn)和12個(gè)亞胺位點(diǎn)。通過與金離子配位及原位還原，成功制備出尺寸均一的超蕃金納米團(tuán)簇（Au18）包和物（AuNCs）。該團(tuán)簇包和物在室溫下可保持超過5個(gè)月的穩(wěn)定性。該材料在250~2500 nm波長范圍內(nèi)展現(xiàn)出優(yōu)異的光吸收能力。進(jìn)一步采用808 nm激光器對其光熱性能進(jìn)行測試，結(jié)果表明該固體具備快速的光熱響應(yīng)，僅需3秒即可升溫至120°C，并在15秒內(nèi)穩(wěn)定于150°C以上（808 nm，0.5 W/cm2）。其表面溫度與激光功率呈線性關(guān)系，且在20次光熱循環(huán)后光熱轉(zhuǎn)換能力未見衰減，光熱轉(zhuǎn)換效率高達(dá)92.8%。 在實(shí)際應(yīng)用場景中，該材料被用于海水凈化，其太陽能蒸汽效率達(dá)到95.1%，表現(xiàn)出卓越的蒸發(fā)效率和耐鹽性。收集到的冷凝水質(zhì)符合世界衛(wèi)生組織（WTO）飲用水標(biāo)準(zhǔn)。 何清教授團(tuán)隊(duì)通過超蕃分子籠實(shí)現(xiàn)金納米團(tuán)簇的封裝與穩(wěn)定，不僅顯著提升了其穩(wěn)定性和光熱轉(zhuǎn)換效率，還成功將其應(yīng)用于海水凈化。這一工作為金屬納米團(tuán)簇的精準(zhǔn)制備與長期穩(wěn)定提供了新策略，同時(shí)為清潔能源生產(chǎn)和淡水制備領(lǐng)域的全球性挑戰(zhàn)提供了可擴(kuò)展且可持續(xù)的解決方案。 論文信息 Ferritin-Inspired Encapsulation and Stabilization of Gold Nanoclusters for High-Performance Photothermal Conversion Yi Zhang, Juan Zhou, Ke Luo, Dr. Wei Zhou, Dr. Fei Wang, Jialian Li, Prof. Qing He Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202500058
