最新Science：光致发光生物质气凝胶，可降低环境温度16°C！

在全球气候变化日益加剧的背景下，能源、环境和安全问题日益严峻，低碳、低能耗的被动辐射冷却技术是解决全球变暖的一种有前景的热管理策略，近年来受到广泛关注。传统的石油化工产品制备的辐射冷却材料往往存在制冷效率低、环境友好性差等问题。尤其是目前的制冷材料不可避免的会吸收太阳光，影响其制冷性能，且其在废弃后难以回收利用或生物降解，带来新的环境问题。

近日，四川大学-环保型高分子材料国家地方联合工程实验室赵海波教授团队在Science期刊上发表了题为“A photoluminescent hydrogen-bonded biomass aerogel for sustainable radiative cooling”的研究论文。该项研究报告了一种本征光致发光生物质气凝胶，其可见光反射率超过100%，产生了很大的冷却效果。研究结果发现，DNA和明胶聚集成有序的层状气凝胶，具有独特的荧光和磷光特性。这种本征光致发光效应使得气凝胶将吸收的紫外光转化为可见光，有效提高气凝胶材料在可见光区域的太阳光加权反射率（太阳光模拟下高达104.0%），大幅增益气凝胶材料的日间辐射冷却效率。在高太阳辐照度下，冷却效果可使环境温度降低16.0℃。此外，通过水焊高效批量生产的气凝胶具有很高的可快速自修复性、可回收性和可生物降解性，在材料来源、制备、使用及废弃的全生命周期具有高环境友好性。这种生物质光致发光材料有望显著减少碳排放和能源消耗，为设计下一代可持续辐射冷却材料提供了新思路。

图1本征光致发光生物质辐射冷却气凝胶板的示意图© 2024 AAAS

图2 GE-DNA气凝胶的结构和形貌© 2024 AAAS

图3 GE-DNA气凝胶的自修复、循环回收和可生物降解性能© 2024 AAAS

图4 GE-DNA气凝胶的辐射冷却机制与制冷效率© 2024 AAAS

该项工作开发了一种光致发光诱导生物质辐射冷却策略，用于开发可持续和节能的气凝胶，其可见光反射率超过100%，专为有效的日间辐射冷却应用而设计。由DNA和明胶制成的全生物质气凝胶具有显著的磷光和荧光特性。这种故意调制牺牲紫外线反射率，优化它的可见光区域，从而提高整个太阳光谱的整体反射率。气凝胶独特的多层结构充当多级阳光进入屏障，将阳光导向高太阳反射率。微观和宏观效应的协同作用使可见光区域的太阳加权反射率达到了104.0%。室外测试表明GE-DNA生物质气凝胶的降温效果比环境温度低16.0 ℃。至关重要的是，气凝胶的规模化生产，在水辅助制造的促进下，可以大规模地产生各向异性结构(气凝胶板)。这种大规模的各向异性结构确保了整体光学均匀性，为广泛应用奠定了坚实的基础。此外，气凝胶完全由生物质原料制成，具有很高的可修复性、可回收性和生物降解性，在使用寿命期间不会对环境造成不利影响。这种可扩展的生物质冷却材料有望在未来实现节能和可持续应用，大幅减少碳排放和能源消耗。

原文链接：https://www.science.org/doi/epdf/10.1126/science.adn5694