木材作為一種古老的材料，由于具有良好的力學(xué)性能、來(lái)源豐富、成本低、可再生等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用到建筑、橋梁、家具以及工具等領(lǐng)域。另外由于木材復(fù)雜的組成成分（纖維素、半纖維素和木質(zhì)素）和獨(dú)特的多孔三維結(jié)構(gòu)吸引了很多關(guān)注，在光學(xué)、儲(chǔ)能、海水淡化、油水分離、電子器件等領(lǐng)域大放異彩。
目前大多數(shù)的木質(zhì)基材料都是基于脫木素木材進(jìn)行研究，脫除的木質(zhì)素都被當(dāng)做廢棄物處理掉，利用率極低。但木質(zhì)素?fù)碛胸S富的芳環(huán)結(jié)構(gòu)和碳元素，是作為碳材料良好的前驅(qū)體。并且基于木質(zhì)素為原料的熒光碳量子點(diǎn)（CQDs）發(fā)展起來(lái)。但大多數(shù)基于木質(zhì)素為原料制備的碳量子點(diǎn)都是在紫外光區(qū)域激發(fā)，發(fā)射綠光或者藍(lán)光。但紫外光對(duì)人體是有害的，因此制備出一種可見光激發(fā)的碳量子點(diǎn)能夠更廣泛的應(yīng)用到實(shí)際生活中。
因此，東北林業(yè)大學(xué)李堅(jiān)院士和王成毓教授團(tuán)隊(duì)等基于“取之于木，用之于木”的原則，以木材為基材，通過(guò)進(jìn)行脫木質(zhì)素處理，將脫除的木質(zhì)素進(jìn)行純化和溶劑熱處理，制備一種在可見光（580 nm）激發(fā)，具有雙波長(zhǎng)650 nm（紅光）和710 nm（近紅外光）發(fā)射的熒光碳量子點(diǎn)。由于碳量子點(diǎn)發(fā)射的近紅外光可以輻射產(chǎn)生熱，將碳量子點(diǎn)與相變儲(chǔ)能材料結(jié)合，相變材料可以吸收并儲(chǔ)存近紅外產(chǎn)生的輻射熱。由于相變儲(chǔ)能材料具有泄露的缺點(diǎn)，脫木素木材作為支撐材料，正好利用其多孔結(jié)構(gòu)的毛細(xì)作用和表面張力解決這個(gè)問(wèn)題。制備得到全木質(zhì)基光致發(fā)光和光致發(fā)熱的復(fù)合相變儲(chǔ)能材料。該研究成果以“Full-Wood Photoluminescent and Photothermic Materials for Thermal Energy Storage”為題發(fā)表在《Chemical Engineering Journal》上，文章第一作者為博士生楊海月和劉禹杉，王成毓教授和李煜東副教授為共同通訊作者。
以脫除木質(zhì)素為原料經(jīng)過(guò)溶劑熱處理制備的碳點(diǎn)，平均粒徑為8.66 nm。在紫外光和可見光區(qū)域都具有強(qiáng)吸收，并且在紫外燈照射下發(fā)出強(qiáng)紅色熒光。制備的碳點(diǎn)在不同波長(zhǎng)的激發(fā)下，都能在650 nm和710 nm發(fā)射紅光和近紅外光，并且峰位置不隨激發(fā)波長(zhǎng)的變化而變化.另外在580 nm激發(fā)下的熒光發(fā)射強(qiáng)度最強(qiáng)。因此580 nm是最佳激發(fā)光波長(zhǎng)。并且碳點(diǎn)的熒光強(qiáng)度隨著濃度的增加而增加。
通過(guò)簡(jiǎn)單的混合浸漬法，將PEG@CQDs浸漬到脫木素木材中，可以觀察到木材的孔道被填充完全，由于碳點(diǎn)的粒徑很小，在SEM下觀察不到碳點(diǎn)的存在，但通過(guò)宏觀顏色的變化證明碳點(diǎn)成功浸漬到木材孔道中。復(fù)合材料的熒光性質(zhì)與純碳點(diǎn)的熒光性質(zhì)相似，都在580 nm具有最佳激發(fā)光，并發(fā)射出650 nm和710 nm的紅光和近紅外光。并且熒光強(qiáng)度也會(huì)所碳點(diǎn)含量的增加而增加。另外復(fù)合材料的熒光強(qiáng)度也會(huì)隨溫度的變化而變化，隨著溫度的升高，熒光強(qiáng)度降低。這是由于相變材料PEG在不同溫度下的相態(tài)變化，當(dāng)PEG為固態(tài)時(shí)，碳點(diǎn)會(huì)聚集到一起提高相對(duì)濃度。
復(fù)合材料具有合適的相變溫度(49.62 ℃)高儲(chǔ)熱能力（150 J/g），熱可靠性和熱穩(wěn)定性（低于200 J/g）。在580 nm激發(fā)光激發(fā)下，PEG/DW經(jīng)過(guò)40 min的照射下溫度僅升高1.9 ℃。然而添加碳點(diǎn)后的復(fù)合材料，僅花費(fèi)390 s溫度升高到78.5 ℃。這是因?yàn)閺?fù)合材料在580 nm光激發(fā)下可以發(fā)射出650 nm和710 nm的紅光和近紅外光。而近紅外光可以輻射產(chǎn)生熱。說(shuō)明了復(fù)合材料溫度的變化是由于添加碳點(diǎn)產(chǎn)生的輻射熱，而不是由于580 nm的激光照射產(chǎn)生。相變材料能夠?qū)⑻键c(diǎn)產(chǎn)生的輻射熱儲(chǔ)存吸收并儲(chǔ)存起來(lái)，在需要的時(shí)候釋放，從而達(dá)到調(diào)節(jié)周圍環(huán)境溫度變化的作用。
綜上所述，作者基于“取之于木，用之于木”的原則制備了可光致發(fā)光和光致發(fā)熱的全木質(zhì)基復(fù)合相變儲(chǔ)能材料，使得材料不但具有熒光性質(zhì)，并且可儲(chǔ)存熱能，從而調(diào)節(jié)周圍溫度變化，拓寬了木質(zhì)基復(fù)合材料在光學(xué)和儲(chǔ)能領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。
文獻(xiàn)鏈接：
