[发明专利]一种异质结结构rGO/g-CN气凝胶及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种异质结结构rGO/g‑CN气凝胶，以石墨化氮化碳g‑CN、氧化石墨烯GO和乙二胺EDTA为主要原料，经CN改性为具有亲水性改性石墨化氮化碳g‑CN后，将g‑CN和GO在EDTA的作用下，形成具有异质结结构的还原氧化石墨烯和改性石墨化氮化碳的气凝胶，即异质结结构rGO/g‑CN气凝胶。其制备方法包括以下步骤：1，改性石墨化氮化碳g‑CN的制备；2，异质结结构rGO/g‑CN气凝胶的制备。作为相变材料的应用，采用真空浸渍法，将聚乙二醇浸渍到异质结结构rGO/g‑CN气凝胶中，即可得到相变温度为38.53‑61.06℃，相变潜热为165‑182J/g，光热转换效率为90‑96%，相变材料负载率为90‑98wt%的异质结结构rGO/g‑CN气凝胶基复合相变材料。

技术领域

本发明涉及气凝胶制备和相变储能材料领域，具体涉及一种异质结结构rGO/g-CN气凝胶及其制备方法和应用。

背景技术

随着双碳目标的确立、碳化进程加快，能源清洁化、多元化大势所趋。太阳能作为清洁能源，将其有效存储和转化是必须克服的关键壁垒。近年来，相变储能材料的开发和利用在太阳能吸收、存储和转换引起广泛关注，与无机相变材料相比，有机相变材料具有过冷度可忽略、物理化学性质稳定、无相分离、无腐蚀等优点，但其也存在一些显著的缺陷，如易泄露、导热系数低等缺陷，因此通过构建形状稳定的复合相变材料是实现有机相变材料实际应用的有效方法。传统的复合相变材料由于其弱的光子吸收和光子到声子的转换性质，表现差的光热转换性能。

例如，现有文献1(Chengjun Wang,Weidong Liang,Yueyue Yang,Fang Liu,Hanxue Sun,Zhanqi Zhu,An Li,Biomass carbon aerogels based shape-stable phasechange composites with high light-to-thermal efficiency for energy storage,Renewable Energy,2020,153182)将有机相变材料1-十六胺HDA和棕榈酸PA掺入生物质碳气凝胶BCA指向日葵容器海绵状碳气凝胶r-CA和向日葵茎碳气凝胶s-CA通过简单的真空灌注，获得的基于r-CA复合相变材料和基于s-CA复合相变材料，复合相变材料基于HDA/r-CA的光热转换效率为75.6％和HDA/s-CA的光热转换效率为67.8％。该技术方案75.6％和67.8％的光热转换效率表明，该技术方案对光能未能实现充分的利用。解决该技术问题，可以通过对复合相变材料的基体中添加光学性能强的物质可以实现光能向热能转换的效率。

在解决光热转换效率的同时，作为相变储能材料，储能密度也需要满足应用要求。例如，现有文献2(Huizhi Yang,Yufeng Bai,Chunhua Ge,Lili He,Weiyue Liang,Xiaodong Zhang,Polyethylene glycol-based phase change materials with highphotothermal conversion efficiency and shape stability in an aqueousenvironment for solar water heater,Composites Part A:Applied Science andManufacturing,2022,154,106778)采用同时形成支撑材料和PCM封装工艺的策略来合成具有稳定形状的复合PCM。以PEG为PCM，亲水共聚物PAAAM为支撑材料。利用PEG和PAAAM之间的相互作用，实现了93.3％的高光热转换效率，但是，储能密度仅为138.6J/g，远远无法满足应用要求。

为了解决上述技术问题，经申请人研究发现，可以通过形成异质结结构和利用石墨化氮化碳的优异光学性能提高导热率光热转换效率；然后通过冷冻干燥形成气凝胶并用作相变材料基体解决上述技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种异质结结构rGO/g-CN气凝胶及其制备方法和应用。