The Innovation Materials | 分子光储能：阳光驱动的偶氮基太阳能热燃料

时至今日，基于分子异构的太阳能储热技术已趋于多样化，但目前大多数分子光开关只能在紫外线或特定可见光下工作。我们希望这篇基于阳光驱动的偶氮基太阳能热燃料的评论，能够激励研究者探索更实用、高能且长效的太阳能存储技术。

分子太阳能热燃料基于光诱导可逆结构转变特性实现单一材料系统内可逆的能量转换和存储，具有零排放、易于运输、可循环、可再生以及以热量形式按需释放等优点。本文介绍了新型偶氮基分子光开关在阳光照射下的光致可逆构型转变特性，深入讨论了该领域面临的挑战以及未来发展机遇，旨在推动分子光储能技术发展及在实际生活中的应用。

随着人口的快速增长和社会的飞速发展，全球能源需求量持续上升。预计到2030年，全球一次能源需求量将以每年约1%的速度增长，达到485EJ。为了应对日益严重的能源危机和环境问题，实现社会的可持续发展，可再生能源的开发与应用受到了人们的广泛关注。分子太阳能热燃料可以从特定波长的太阳光中收集光子能量，将其储存为化学能，并在外部触发时按需进行反向转换，以热能的形式释放所储存的能量。它们具有来源广泛、储量丰富、绿色环保、可控释放等优势，被认为是利用可持续太阳能最具潜力的途径之一。然而，大多数分子光开关只能在紫外或可见光范围内工作。同时，红移分子光开关吸收波长往往会降低存储能量密度或缩短半衰期。因此，开发能够在阳光下存储光子能量的分子光开关极具挑战性。

为此，研究人员开发了一系列能够在太阳光照射下完成反式-顺式异构化转变的偶氮分子光开关，其异构化产率超过80%。这种优异的特性是通过在紫外到可见光范围内使基态异构体的吸收远强于亚稳态异构体来实现的，可通过微调光谱窗口将基态异构体的吸收波长扩展至600 nm以上。涉及的分子设计策略主要有两点：（1）通过选择具有T形几何形状的Ph-N=N-Het核心来抑制亚稳态异构体的光谱吸收；（2）通过在基态异构体中引入强吸收官能团来增强其π-π*吸收带。值得注意的是，这种π-π带拓宽策略使得亚稳态异构体具有超高的热稳定性，与传统π-π带红移方法导致热稳定性差形成鲜明对比。此外，在太阳光异构化的框架中实现了可见光诱导的反向转换，从而产生独特的光可逆太阳能开关。这种新型分子光开关为开发高效的太阳能技术提供了前所未有的机会。事实上，将这些偶氮光开关用于分子光储能领域仍需确认许多其它关键参数，如储能密度、能量释放效率以及光化学反应浓度等。这些关键参数对于分子储能技术的大规模制备和工业化生产尤为重要。

分子太阳能热燃料通过光热能量的有效存储和可控释放，已逐渐成为提高太阳能利用率的重要手段。阳光驱动的偶氮分子光开关展现出高达80%异构化产率，长达90天的存储半衰期和优异的循环稳定性。虽未探究其能量存储与释放特性，但这些新兴分子所具有的特性将极大地推动分子太阳能热燃料的开发进程。我们相信，利用这些分子所开发的阳光驱动型分子储能技术不仅有望在实际生活中得到广泛应用，还将为能源行业做出有益贡献。