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國立臺灣大學化學系

研究亮點

藉由熱激活化延遲螢光將太陽能儲存為化學能

  • 論文全文:A New Approach Exploiting Thermally Activated Delayed Fluorescence Molecules to Optimize Solar Thermal Energy Storage於2022年2月10日發表於《Nature Communications》:https://www.nature.com/articles/s41467-022-28489-0
  • 作者名單:Fan-Yi Meng, I-Han Chen, Jiun-Yi Shen, Kai-Hsin Chang, Tai-Che Chou, Yi-An Chen, Yi-Ting Chen, Chi-Lin Chen, Pi-Tai Chou*

在這個儲能相關的研究裡,本系周必泰教授的研究團隊提出了一個新概念:利用熱激活化延遲螢光(TADF)分子同時作為光敏劑、存儲單元和信號傳感器,來儲存太陽熱能。概念驗證是通過合成與降冰片二烯(NBD,見圖一a)錨定的 TADF 核心吩惡嗪-三苯基三嗪 (PXZ-TRZ) 的分子複合材料 (圖一b)。周必泰老師實驗室分別合成了具有兩個和四個 NBD 單元的化合物 PZDN 和 PZTN;在可見光激發下,能量轉移到 NBD 的三重態,導致了NBD單元轉換成四環烷 (QC)(見圖 1b),這個反應可以通過穩態或時間解析光譜的變化來監測反應的過程。PZDN 和 PZTN兩個分子由於具有幾乎等於零的單重態-三重態 (S1-T1) 能隙,在優化太陽光激發波長方面具有明顯優勢。而另一個被設計出的新分子PZQN,由於其三重態能量低於NBD,清楚的表現出NBD → QC 轉換效率的急劇下降。而PZDN在室溫下也能藉由催化劑幫助進行反向的 QC → NBD 釋能反應,將儲存在化學鍵中的能量以熱能的形式放出,證明了此新穎分子儲能系統的絕佳可逆性。本研究成果已刊登於國際頂尖期刊《自然通訊》上。

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圖一: (a) 過去報導相關於 NBD 光敏化成QC 儲存化學能的研究方法 (b) 這篇所報導的新NBD-QC MOST 過程的能量存儲系統。 (c) PZDN在光解中螢光強度和光解時間的變化圖。 (d) PZDN在光解中延遲螢光的緩解和光解時間的變化圖。