最新Science：光致發光生物質氣凝膠，可降低環境溫度16°C！

在全球氣候變化日益加劇的背景下，能源、環境和安全問題日益嚴峻，低碳、低能耗的被動輻射冷卻技術是解決全球變暖的一種有前景的熱管理策略，近年來受到廣泛關注。傳統的石油化工產品制備的輻射冷卻材料往往存在制冷效率低、環境友好性差等問題。尤其是目前的制冷材料不可避免的會吸收太陽光，影響其制冷性能，且其在廢棄后難以回收利用或生物降解，帶來新的環境問題。

近日，四川大學-環保型高分子材料國家地方聯合工程實驗室趙海波教授團隊在Science期刊上發表了題為“A photoluminescent hydrogen-bonded biomass aerogel for sustainable radiative cooling”的研究論文。該項研究報告了一種本征光致發光生物質氣凝膠，其可見光反射率超過100%，產生了很大的冷卻效果。研究結果發現，DNA和明膠聚集成有序的層狀氣凝膠，具有獨特的熒光和磷光特性。這種本征光致發光效應使得氣凝膠將吸收的紫外光轉化為可見光，有效提高氣凝膠材料在可見光區域的太陽光加權反射率（太陽光模擬下高達104.0%），大幅增益氣凝膠材料的日間輻射冷卻效率。在高太陽輻照度下，冷卻效果可使環境溫度降低16.0℃。此外，通過水焊高效批量生產的氣凝膠具有很高的可快速自修復性、可回收性和可生物降解性，在材料來源、制備、使用及廢棄的全生命周期具有高環境友好性。這種生物質光致發光材料有望顯著減少碳排放和能源消耗，為設計下一代可持續輻射冷卻材料提供了新思路。

圖1本征光致發光生物質輻射冷卻氣凝膠板的示意圖? 2024 AAAS

圖2 GE-DNA氣凝膠的結構和形貌? 2024 AAAS

圖3 GE-DNA氣凝膠的自修復、循環回收和可生物降解性能? 2024 AAAS

圖4 GE-DNA氣凝膠的輻射冷卻機制與制冷效率? 2024 AAAS

該項工作開發了一種光致發光誘導生物質輻射冷卻策略，用于開發可持續和節能的氣凝膠，其可見光反射率超過100%，專為有效的日間輻射冷卻應用而設計。由DNA和明膠制成的全生物質氣凝膠具有顯著的磷光和熒光特性。這種故意調制犧牲紫外線反射率，優化它的可見光區域，從而提高整個太陽光譜的整體反射率。氣凝膠獨特的多層結構充當多級陽光進入屏障，將陽光導向高太陽反射率。微觀和宏觀效應的協同作用使可見光區域的太陽加權反射率達到了104.0%。室外測試表明GE-DNA生物質氣凝膠的降溫效果比環境溫度低16.0 ℃。至關重要的是，氣凝膠的規模化生產，在水輔助制造的促進下，可以大規模地產生各向異性結構(氣凝膠板)。這種大規模的各向異性結構確保了整體光學均勻性，為廣泛應用奠定了堅實的基礎。此外，氣凝膠完全由生物質原料制成，具有很高的可修復性、可回收性和生物降解性，在使用壽命期間不會對環境造成不利影響。這種可擴展的生物質冷卻材料有望在未來實現節能和可持續應用，大幅減少碳排放和能源消耗。

原文鏈接：https://www.science.org/doi/epdf/10.1126/science.adn5694