吉林大学化学学院刘小孔教授团队在太阳光热除冰领域取得重要进展

颗粒在线讯：日前，吉林大学化学学院、超分子结构与材料国家重点实验室刘小孔教授研究团队在太阳光热除冰领域取得重要进展，该研究成果以“Highly Transparent and Self-Healable Solar Thermal Anti/De-Icing Surface: When Ultrathin MXene Multilayers Marry Solid Slippery Self-Cleaning Coating”为题在线发表于《先进材料》（Advanced Materials, 2021, DOI: 10.1002/adma.202108232）。近日，该研究成果被《化学与工程新闻》杂志（Chemical & Engineering News, C&En）专题报道。

结冰是冬季或低温环境中最为常见的自然现象。然而，对于很多领域，结冰会产生诸多不利影响，甚至导致灾难性的后果。汽车挡风玻璃结冰会影响视线，太阳能发电板结冰会降低发电效率，飞机机翼结冰会影响飞行安全。传统的除冰或抗冰的方法包括电加热、化学喷雾剂等，存在能耗高、污染环境等问题。如果能将太阳能转化为热量，防止或融化结冰，将会是一个经济、环保的抗/除冰良策。但是，几乎所有能够将太阳能转化为热量的光热材料均为黑色的。因此，制备兼具优异光热性能与高透明度的光热转换涂层材料是一项重大难题，透明的太阳光热抗/除冰涂层此前从未见报道。

据此，吉林大学刘小孔教授研究团队设计并制备了一种高度透明的太阳光热抗/除冰涂层，该涂层对可见光的透明度高达77%，同时兼具自清洁、自修复、大面积制备等优异特性。这种涂层由超薄MXene多层膜与固态超滑自清洁表面（solid slippery self-cleaning surface）的结合构筑而成（图a，b）。得益于超薄MXene多层膜优异的光热转换性能，即使在环境温度为零下30 ℃的情况下，这种透明涂层在一个太阳光强照射下，也能够将表面温度提高31 ℃，有效阻止水的结冰或将先前形成的冰进行融化（图c）。同时，涂层的固态超滑表面赋予了其极佳的自清洁性能，能够有效抵抗水性及油性污渍（图d），可使没有冻结的水或融化的冰快速滑落而不留痕，实现太阳光照下高效抗冰或除冰的性能。该涂层具有在光照下实现自修复的性能，可以对抗物理损伤和化学氧化，降低维护成本并且延长使用寿命。这一具有高透明度与自清洁性能的太阳光热抗/除冰涂层有望在汽车挡风玻璃、建筑物玻璃幕墙、风力发电轮、太阳能发电板、飞机涂层等领域得到广泛应用。

图1：a，太阳光热抗/除冰涂层的制备过程及结构示意图。b，涂层修饰后的玻璃的光学照片。c，在零下30℃的环境中，涂层修饰后的玻璃表面在一个太阳光强照射下，升高的温度随照射时间变化的曲线。d，涂层对水性及油性污渍的自清洁性能展示。

以上研究工作得到了国家重点研发计划项目的支持。吉林大学刘小孔教授为论文的唯一通讯作者，吉林大学在读博士研究生牛文文为论文第一作者。

文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202108232