Part.01
研究背景
全球气候变化使得可持续的热管理策略变得至关重要。传统石化衍生的冷却材料因吸收太阳光导致效率降低，难以满足能源节约需求。生物质材料因其环保、可再生和丰富性，成为替代传统材料的理想选择。特别是被动辐射冷却技术，无需外部能源，通过将热量辐射到外部环境来实现冷却，具有巨大潜力。然而，现有材料在白天吸收阳光导致冷却效率下降，且大规模生产困难。因此，开发高效、可再生且能在强太阳辐射下保持优异冷却性能的生物质材料成为研究重点。这类材料通过光致发光和多层结构设计，有望实现更高效的环保冷却效果。
Part.02
研究内容
本文介绍了一种基于光致发光的生物质气凝胶材料，旨在解决传统冷却材料在太阳光下效率下降的问题。研究人员通过将DNA和明胶聚合形成有序的层状结构，开发出一种天然光致发光的气凝胶，其可见光反射率超过100%。这种气凝胶不仅能够将高太阳辐射下的环境温度降低至16°C，还具备高修复性、可回收性和生物降解性，表现出卓越的可持续性。材料的光致发光特性使其在吸收紫外光后能够将能量转换为可见光和红外光，从而增强了对太阳光的反射能力。此外，研究团队通过水焊接技术实现了气凝胶的高效大规模生产，这种方法无需有毒试剂或高能耗过程，进一步提升了材料的环保性能。实验表明，该气凝胶材料在不同气候条件下均展现出显著的冷却效果，尤其在阳光充足的环境中表现突出，具有广泛的实际应用潜力。
Part.03
图文解析
图1: 本征光致发光生物质气凝胶板的示意图。
图1A展示了长范围有序气凝胶板的可扩展制备过程以及其可持续性的示意图。图1B高效辐射冷却的示意图，展示了材料在白天通过反射太阳辐射并向外界环境辐射热量的过程。图1C通过光致发光的荧光和磷光实现超高反射率的机制示意图。
图2: GE-DNA气凝胶的结构和形貌。
图2A是气凝胶板制备过程的示意图，展示了从原始水凝胶到最终气凝胶板的转变。图2B是明胶（GE）和DNA的分子静电势（ESP）图，展示了各自的电荷分布。图2C展示了GE和DNA之间不同结合形式的结合能，解释了材料的结构稳定性。图2D是GE和DNA的傅里叶变换红外光谱（FTIR）图，揭示了两者之间形成的氢键。图2E是不同DNA含量的气凝胶的FTIR光谱，展示了氢键形成的证据。图2F是大规模水焊接的气凝胶板的照片，微观CT图像展示了气凝胶的各向异性结构。图2G是扫描电子显微镜（SEM）图像，显示了大规模水焊接GE-DNA气凝胶的层状结构 。
图3: GE-DNA气凝胶的修复性、可回收性和生物降解性。
图3A是自我修复的示意图，展示了气凝胶在水的作用下的自我修复能力。图3B是自我修复后的数字显微镜和SEM图像，显示了结构的完整恢复。图3C是自我修复时间与模量恢复的关系图，量化了修复效率。图3D是闭环回收的示意图，展示了气凝胶在加热后被重新塑造的过程。图3E是回收前后气凝胶性能变化的图表，说明了回收过程的无损性。图3F是生物降解性的示意图，展示了气凝胶在自然环境中的降解过程。图3G是在土壤中气凝胶降解过程的图片，显示了其分解为小碎片的情况。图3H是气凝胶在微生物环境中生物降解程度的曲线图，显示了其快速降解能力。
图4: GE-DNA气凝胶的冷却机制和性能。
图4A是G4D1、G4和DNA的稳态磷光光谱图，揭示了材料的发光特性。图4B是光致发光诱导的辐射冷却示意图，说明了能量转化机制。图4C是G4D1气凝胶的吸收、荧光激发、荧光发射和磷光发射光谱，叠加在AM 1.5太阳光谱上，展示了材料的光学性能。图4D是从预单色仪和后单色仪UV-VIS-NIR设备获得的G4D1气凝胶反射率光谱，显示了光致发光对反射率的影响。图4E是不同GE-DNA层模拟反射率光谱图，展示了层数对反射率的影响。图4F是GE-DNA气凝胶在太阳光和长波红外波长范围内的吸收率和发射率光谱，展示了材料的冷却效果。图4G是户外辐射冷却测试中的温度变化，显示了在不同天气条件下气凝胶的降温效果。图4H是昆明地区的冷却效果测试，进一步验证了材料的高效性。图4I是不同城市建筑模型的全年冷却能耗图，显示了气凝胶在实际应用中的节能潜力。图4J是不同地区的全年节能效果图，展示了气凝胶在热带和亚热带气候中的巨大节能潜力。
Part.04
结论与展望
这项研究展示了一种基于光致发光的生物质冷却策略，为开发新一代可持续冷却材料提供了新思路。这种材料不仅具备出色的冷却性能，还能通过简单的生产工艺实现大规模应用，且在使用寿命结束后能够完全降解。未来，这种气凝胶材料有望在建筑节能设计中得到广泛应用，从而减少碳排放和能源消耗。
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联系人：许经理 17843129655（同微信）
超分辨电化学显微镜的关键作用
当前，超高时间&空间分辨率的化学反应测量已经成为能源、材料、催化、环境与生命科学等众多领域的关注焦点。这些被测量的化学反应一般发生在界面上，但有些发生在材料体相以及溶液中。超分辨电化学显微镜（SRECM）技术对物理高分辨表征技术（微观物理信息—结构&成分）实现了不可或缺的有益补充（微观化学信息—反应动力学&速率)，建立了之前难以获得的精准构效关系。
以扫描电化学液池显微镜（SECCM）技术为例，它能够直接绘制二维材料、表面缺陷及晶界等不同位置的催化活性差异（参见Nature, 2023, 620, 782；Nature, 2021, 593, 67；Science, 2017, 358, 1187；Nat. Mater., 2021, 20, 1000等）。同样，扫描电化学显微镜（SECM）技术能够实现催化反应中间体、动力学速率以及催化剂活性位点密度的定量测量（参见Nat. Catal., 2021, 4, 654；Nat. Catal., 2021, 4, 615等）。
这些先进的SRECM技术为我们提供了在微观尺度上理解化学反应的窗口，同时也为精确设计和优化催化剂、材料以及理解反应动力学机制提供了有力工具。
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Accelerating the Discovery of Efficient High-Entropy Alloy Electrocatalysts: High-Throughput Experimentation and Data-Driven Strategies, Nano Lett. 2024 (https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c03208). Modulating the Surface Concentration and Lifetime of Active Hydrogen in Cu-Based Layered Double Hydroxides for Electrocatalytic Nitrate Reduction to Ammonia, ACS Catal. 2024, 14, 12042. Accelerating the Discovery of Oxygen Reduction Electrocatalysts: High‐Throughput Screening of Element Combinations in Pt‐Based High‐Entropy Alloys, Angew Chem. Int. Ed. 2024, e202407116. Benchmarking the Intrinsic Activity of Transition Metal Oxides for the Oxygen Evolution Reaction with Advanced Nanoelectrodes, Angew Chem. Int. Ed. 2024, e202404663(hot paper). Thermally Enhanced Relay Electrocatalysis of Nitrate-to-Ammonia Reduction over Single-Atom-Alloy Oxides, J. Am. Chem. Soc. 2024, 146, 7779.
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