核壳结构纳米复合定形相变材料的构筑与储-放热性能调控

利用相变材料的相变潜热实现能量的储存和利用，在化学、材料、能源等科学研究领域备受人们的关注，如何制备出结构稳定、性能优异的定形相变材料是目前亟待解决的主要问题。本项目旨在研究在低温下（20-80 ℃）高效储热-可控放热的纳米复合相变材料体系，拟设计合成一种新型核/壳结构纳米复合定形相变材料，以成本低廉、导热性好、结构稳定的无机氧化物纳米材料（SiO2、Al2O3、MgO、CaSiO3等）为外壳载体，以石蜡类、脂肪酸类、不同型号的聚乙二醇等低温相变材料为工作物质，通过筛选材料体系、设计和优化合成路线，综合利用纳米组装、纳米改性和纳米复合技术，发展新型纳米复合定形相变储能材料的普适制备方法；系统研究纳米尺度材料体系的储-放热新规律和新原理，利用无机纳米壳材和有机相变核材协同增强、优势互补，实现对储-放热过程的调控，制备出高效、稳定的纳米复合定形相变储能材料。

有机/无机复合定形相变材料因在相变蓄热过程中具有较高的蓄热容量、良好的导热性能以及结构稳定而倍受人们的关注。因此，有机/无机纳米复合定形相变材料的可控制备及蓄/放热性能研究成为化学、材料、物理等多学科交叉的研究前沿之一。在国家自然科学基金青年基金的资助下，我们发展了新型纳米复合材料的化学合成方法，制备出了一系列不同微结构和组成的有机/无机纳米复合定形相变材料及其它功能纳米材料，系统研究了材料的形成机理，并通过对其相变行为和蓄-放热性能的分析，揭示了纳米尺度材料体系的储-放热原理。所取得的主要研究成果：(1)分别发展了核壳结构复合相变材料的分步合成方法和原位组装技术；通过两步合成法制备了硬脂酸/SiO2核壳结构复合相变材料，进一步发展了微乳液体系的油水界面化学反应方法制备出了核壳结构的石蜡/SiO2、石蜡/CaCO3复合定形相变材料，实现了有机/无机核壳结构复合相变材料的一步合成和原位组装。(2)利用层状和多孔无机纳米材料对有机相变物质进行封装形成复合定形相变材料，分别在制备多层氧化石墨烯(GO)和多孔MgO的基础上，通过浸渍吸附法获得了硬脂酸/GO、聚乙二醇/多孔MgO复合相变材料，有效克服了有机相变物质发生固-液相变时的泄露问题，极大提高了材料的导热性和热稳定性，并实现了有机/无机复合相变材料的蓄-放热性能调控。(3)把熔融共混方法拓展到阻燃型有机/无机复合材料的制备，获得了一系列具有优异阻燃性能的复合材料。(4)进一步发展温和液相化学合成方法并拓展到其它功能纳米材料的可控化学合成，获得了一系列高光催化活性和高稳定性的金属氧化物半导体及其复合纳米结构材料，研究了微结构对其光催化性能的影响。迄今为止，已在国内外核心期刊和国际学术会议上发表署名国家自然科学基金项目资助的研究论文26篇，申请国家发明专利2项，实用新型专利3项；与香港中文大学物理系王建方教授开展了合作研究，在国内外学术会议上作专题报告和墙报展示共8人次；共培养硕士研究生4名，3名项目团队人员晋升高一级职称。