研究背景

太阳通过发射紫外光 (Ultraviolet light, UV)、可见光和红外光 (Infrared light, IR) 来辐射能量，这些光中往往携带着不同频率的光子。太阳光几乎提供了地球上生命活动所需的所有能量。除了植物利用太阳光进行光合作用以外，人们还在光热转换、光电转换、光化学合成等方面对太阳能进行研究利用。其中光热转换泛指物质在光照射作用下吸收光能转换成热能的现象，材料的光热转换性能主要由材料的光捕获能力和光热转换效率两方面决定。具有高光热能力的材料可以被广泛应用于水蒸发、光热催化和生物医学等领域。

炭气凝胶是一种具有三维网络结构，孔隙率高达90%以上的多孔炭材料，具有良好光吸收能力，同时高度发达的孔隙结构使其具有低反射率和低导热性，在光热转换领域具有巨大潜力。

北京化工大学陈晓红教授课题组总结了近年来炭气凝胶在光热转换领域的研究进展，在《新型炭材料（中英文）》期刊发表最新综述。作者首先系统总结了不同光热材料的光热转换原理；其次介绍了石墨烯气凝胶、碳纳米管气凝胶、生物质基炭气凝胶和聚合物基炭气凝胶不同炭气凝胶作为光热材料的研究进展；最后简要介绍了炭气凝胶光热转换材料在海水蒸发、热能储存、光热催化、光热治疗和光热除冰等领域的应用进展。

                                         图文摘要

本综述深入探讨了炭气凝胶光热转换性能受孔隙结构、表面粗糙程度和共轭结构等因素的影响。炭气凝胶具有高孔隙率，其中微孔所导致的小尺寸效应能够增强材料的光热性能，微结构尺寸越小，对电子产生限制作用越强，使得反射波的强度大幅度降低，材料的光吸收增强；炭气凝胶孔结构的存在使得其表面较为粗糙，在光照射条件下，更多光被折射进入炭气凝胶材料内部而不是被表面反射回去；较为粗糙的表面有利于其他官能团复合，实现材料进行改性增强光的吸收。此外，炭气凝胶中碳主要由sp²和sp³混合组成，其中sp²杂化碳原子的存在会使电子云较为松散的π键增加，光引发电子跃迁能力增强，共轭作用也增强，有利于其光热转换性能的提高。石墨烯气凝胶和碳纳米管气凝胶中都存在有大量sp²杂化碳原子，使得二者在光热性能方面有着得天独厚的优势。

New Carbon Materials论文信息

LANG Yan-ting, HE Yu, SONG Huai-he, YI Li-ming, DENG Hai-jun, CHEN Xiao-hong. Progress in the research of carbon aerogels in photothermal conversion. New Carbon Mater., 2024, 39(6): 1075-1087.

郎延亭, 何宇, 宋怀河, 易黎明, 邓海军, 陈晓红. 炭气凝胶在光热转换领域的研究进展. 新型炭材料（中英文）, 2024, 39(6): 1075-1087.

DOI: 10.1016/S1872-5805(24)60865-6

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