能夠吸收光能并將其轉(zhuǎn)化為熱量的光熱納米纖維，廣泛應(yīng)用于太陽能蒸汽發(fā)電、智能服裝、熱管理和癌癥治療等領(lǐng)域。然而，這一領(lǐng)域的最新發(fā)展并不能滿足實際應(yīng)用的需要，主要是由于所開發(fā)的纖維的光熱效率不足，其根本原因在于光熱分子工作機理與纖維性質(zhì)的不相容性。已經(jīng)證明，分子運動可以通過非輻射衰變途徑促進能量耗散，從而促進光吸收時的熱膨脹。然而，在固體纖維中加入光熱分子后，分子運動不可避免地在一定程度上受到大分子間空間位阻的限制，從而降低了光熱效應(yīng)。因此，放大纖維中的分子運動以提高其光熱效率是一項重要而富有挑戰(zhàn)性的工作。
最近，唐本忠院士和深圳大學王東副教授在《Angewandte?Chemie?International Edition》上發(fā)表了題為“Reverse Thinking of Aggregation-Induced Emission Principle:?Amplifying Molecular Motions to Boost Photothermal Efficiency?of Nanofibers”的通訊，通過對聚集誘導(dǎo)發(fā)射（AIE）原理的逆向思考，采用同軸靜電紡絲法，以AIE活性分子的橄欖油溶液為核心，以PVDF-HFP為殼層，制備了核殼型納米纖維?；钚苑肿拥姆肿尤芙鉅顟B(tài)使其在光激發(fā)下能夠在納米纖維中自由旋轉(zhuǎn)和/或振動，從而顯著提高了非輻射能量耗散的比例，光熱轉(zhuǎn)換效率可達22.36%，是非核殼型納米纖維的26倍。這種核殼纖維可用于光熱紡織品和由自然光誘導(dǎo)的太陽能蒸汽發(fā)電。
聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯) （PVDF-HFP）具有良好的穩(wěn)定性和可紡性，是一種應(yīng)用廣泛的電紡材料。在具有精確的核-殼結(jié)構(gòu)的纖維中，AIEgen/油溶液被包裹在PVDF-HFP外殼層中，以避免泄漏（圖1D）。AIE活性分子BPBBT被用作光熱轉(zhuǎn)換分子，因為其在油相中具有優(yōu)越的旋轉(zhuǎn)和/或振動（圖1D）。
BPBBT在纖維中的分子運動被聚合物鏈顯著抑制，因此量子產(chǎn)率（QY）高達高達2.9%，而BPBBT在油溶液和核殼纖維CS-3（核相泵送速率為0.9mL/h）中分子運動被激活，量子產(chǎn)率僅為0.2%（圖2B）。在功率密度為1kW m-2的模擬太陽光照射下，BPBBT/油和CS-3的溫度分別達到61.1和56.1℃（圖2C），比BPBBT納米纖維和粉體的高。證明了BPBBT在光熱轉(zhuǎn)換中的關(guān)鍵作用。
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將核相泵送速率分別設(shè)定為0.3mL/h和0.6mL/h，得到核殼纖維CS-1和CS-2。在陽光照射120s內(nèi)，BPBBT納米纖維、CS-1、CS-2和CS-3纖維墊的溫度分別達到最高值40.4、46.8、50.3和56.1℃。它們的光熱轉(zhuǎn)換效率分別為0.86%、3.54%、10.15%和22.36%（圖3C）。CS-3的光熱轉(zhuǎn)換效率是BPBBT納米纖維的26倍。經(jīng)過9次輻照后，溫度沒有明顯變化，表明核殼型纖維具有較高的穩(wěn)定性。
核殼纖維在光熱紡織和太陽能蒸汽發(fā)電中的應(yīng)用。志愿者在自然光照下，在膝蓋上覆蓋一個核殼纖維片1分鐘后，貼片溫度達到51.2℃。即使環(huán)境溫度設(shè)定為0℃，在自然光的照射下，BPBBT CS-3的溫度也達到了約24℃（圖4C）。對于太陽能蒸汽發(fā)電，將BPBBT CS-3放入NaBH4溶液中，H2氣泡被困在CS-3中，并將其擴展為3D結(jié)構(gòu)。用泡沫包裹3D CS-3，然后將其放入含有3.5 wt%NaCl水溶液的燒杯中。
在1次太陽照射下，3D CS-3的溫度達到40℃。蒸發(fā)率在輻照40min后達到恒定值（圖4E），達到1.52 kg m-2?h-1。而且蒸發(fā)速率在8h內(nèi)保持不變，有利于白天持續(xù)穩(wěn)定的操作（圖4F）。
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亮點小結(jié)
綜上所述，采用同軸靜電紡絲技術(shù)構(gòu)建了以AIEgen/油溶液為芯，PVDF-HFP為殼的核-殼纖維。這種核-殼結(jié)構(gòu)使AIEgens在纖維中具有足夠的分子間運動，從而促進了非輻射能量的耗散。光熱研究表明，核殼型光纖的光熱轉(zhuǎn)換效率可達22.36%，是非核殼型光纖的26倍。在自然光照下，皮膚上的BPBBT CS-3可以加熱到51℃，說明它可以應(yīng)用光熱貼片和/或衣物。在1個太陽光照射下，蒸發(fā)率達到1.52 kg m-2?h-1。本研究為下一代綠色、零碳排放的光熱材料提供了藍圖。
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