近期，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所王振洋研究團(tuán)隊(duì)在等離激元太陽光熱材料研究方面取得進(jìn)展，研制出高性能的太陽光熱硫化銅光熱墨水和光熱薄膜。相關(guān)研究結(jié)果以Plasmonic Cu27S24 nanocages for novel solar photothermal nanoink and nanofilm為題發(fā)表在Nano Research上。

太陽光熱是實(shí)現(xiàn)太陽能利用的最有效途徑之一，其核心是高性能光熱轉(zhuǎn)換材料。目前太陽光熱作為一種低品位熱源的利用，僅限于太陽能熱水器、節(jié)能建筑、干燥系統(tǒng)等領(lǐng)域，如何實(shí)現(xiàn)其高品位利用（如海水淡化和集熱發(fā)電等），成了太陽能利用領(lǐng)域的挑戰(zhàn)性課題。

金納米顆粒等常見的貴金屬納米材料表現(xiàn)出等離激元光熱現(xiàn)象，但貴金屬等離激元材料的帶內(nèi)躍遷及散射損耗較大，作為太陽光熱轉(zhuǎn)換材料時(shí)會(huì)降低收集能量的利用率。研究發(fā)現(xiàn)，通過調(diào)控半導(dǎo)體自身非化學(xué)計(jì)量比組分，或利用摻雜原子誘導(dǎo)其結(jié)構(gòu)缺陷，可提高載流子濃度，半導(dǎo)體將顯示出與貴金屬相似的光學(xué)性質(zhì)，適于作為太陽光熱材料。此外，中空的納米籠結(jié)構(gòu)能夠進(jìn)一步拓展可利用的光照區(qū)間，有效提升光熱轉(zhuǎn)換效率。

硫化銅納米籠及其產(chǎn)品光熱效果圖

鑒于此，科研人員運(yùn)用Kirkendall效應(yīng)合成了中空的硫化銅納米籠，并結(jié)合第一性原理計(jì)算和有限元仿真模擬，擬合了納米籠的光學(xué)特性，預(yù)測了其良好的太陽光熱性能。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步開發(fā)了太陽光熱墨水和太陽光熱薄膜產(chǎn)品。該工作表明中空的硫化銅納米籠在太陽光熱應(yīng)用領(lǐng)域具有巨大應(yīng)用潛力。

上述研究得到了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金的資助。

論文鏈接：https://link.springer.com/article/10.1007/s12274-021-3880-3