封面文章 | 华南理工唐本忠、秦安军等：光热材料的发展现状及应用前景

　　二十一世纪，能源问题已经成为制约社会发展的关键因素，如何发掘和利用新能源愈发重要。太阳能这一储量无限、容易获得、分布面积广、成本低、利用价值高的绿色能源在新能源的开发和利用中始终占据很大的比重。光热转换作为最直接的太阳能利用方式，能够最大程度提高太阳能利用效率，在能源转换、生物医学、催化转化、智能设备等领域得到了广泛的研究。然而，对这一领域较完整综述的文章还比较少。

　　最近，华南理工大学唐本忠院士团队秦安军教授等从光热效应机理出发，综述了近期研究人员在光热材料开发及利用等方面的研究进展，并展望了光热材料在后续研究中可能的发展方向。首先，机理方面：根据光与物质的相互作用机制及热产生机制大致分为三种，分别是等离子体局部加热、非辐射弛豫和分子的热振动（图1）。等离子体局部加热机理要求材料具有大量的自由电子（如金属导带中的电子），通过诱导电子的相干振荡或表面等离子体共振产生热电子，从而释放热量。而对于半导体材料而言，主要是通过在带隙上方形成的电子-空穴对在弛豫到带边时，进行非辐射弛豫，以电子-声子耦合的方式释放热量。而对于大共轭碳材料及有机半导体而言，电子从基态被激发到激发态之后，被激发的电子会通过非辐射跃迁的途径回到基态，期间伴随着热能的释放。上述三种光热机制都是基于特定材料的光学性质而产生，即相互独立，也相互统一。

图1　光热效应机理图 (a) 等离子体局部加热机理 (b) 半导体中的非辐射跃迁机理 (c) 分子热运动机理

　　在光热材料开发方面：从无机材料和有机材料两个角度对研究现状进行了总结，其中，无机光热材料主要包括：金属及金属纳米材料，无机半导体材料，碳基材料以及以二维过度金属碳化物/氮化物（MXene）为代表的新型材料；有机光热材料主要包括：传统有机光热小分子，光热聚合物以及目前研究者开发的具有光热性能的金属有机框架（MOF）、共价有机框架（COF）、有机分子共晶等体系。

图2　光热效应机理及主要应用领域

　　建立在材料开发基础之上，作者还综述了光热材料在光热治疗、光热催化、海水淡化等领域的应用发展现状。与此同时，还简述了光热效应在防冰涂层、可逆粘合剂、农业加热器、光热储能、光热电转换、光热诱导自愈材料、光热驱动软机器人等新领域的应用扩展。

　　最后，作者还对这一领域面临的问题进行论述。光能作为一种可再生能源，在能量转换领域扮演着重要角色，如何更好地实现光热转换并充分发挥其在海水淡化、光热电转换等能量转换及资源开发领域的应用优势有待进一步深入和研究。此外，而如何发挥光的可控性，优化现有的光致材料自修复、光致软体机器人等方面的应用，并探索更广阔的应用场景，值得研究人员进一步的探索与拓展。

作者简介

　　徐赫，2021年在合肥工业大学获得学士学位，现为华南理工大学2021级硕士研究生。研究兴趣是有机/聚合物光热功能材料。 

　　秦安军，1999年和2004年分别在山西大学和中国科学院化学研究所获得学士和博士学位。2005至2008年先后在香港科技大学化学系和浙江大学高分子科学与工程学系从事博士后研究。2008年12月起先后任浙江大学副研究员、副教授，2013年9月至今任华南理工大学教授、博导。研究兴趣为基于三键单体的高分子合成化学以及有机/聚合物功能材料的制备和应用，曾获国家自然科学一等奖(2017, 2/5)。目前，担任Aggregate《聚集体》期刊责任主编。

　　唐本忠，1982年和1988年分别在华南理工大学和日本京都大学获得学士学位和博士学位，于1989-1994年在加拿大多伦多大学从事博士后研究。1994年加盟香港科技大学，2009年、2017年、2020年先后当选中国科学院院士、亚太材料科学院院士、发展中国家科学院院士。2021年加入香港中文大学（深圳）并担任理工学院院长、校长学勤讲座教授。主要从事高分子化学和先进功能材料研究，是AIE概念的提出者和AIE研究的引领者。2014年至今连续入选ESI材料和化学双领域“高被引科学家”。曾获Biomaterials Global Impact Award, Nano Today国际科学奖、2017年度国家自然科学一等奖、何梁何利基金科学与技术进步奖等奖项。

封面

文章信息

徐赫, 韩鹏博, 秦安军, 唐本忠. 光热材料的发展现状及应用前景[J]. 化学学报, 2023, 81(10): 1420-1437.

He Xu, Pengbo Han, Anjun Qin, Ben Zhong Tang. Recent Advances and Application Prospects in Photothermal Materials[J]. Acta Chimica Sinica, 2023, 81(10): 1420-1437.

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