太陽能-熱轉換被認為是提高儲能材料性能的一種綠色且簡單的手段，但往往受到材料固有的光熱特性和粗略的結構設計的限制。本文，西北工業大學梅輝等研究人員在《ADVANCED SCIENCE》期刊發表名為“Nature-Inspired 3D Spiral Grass Structured Graphene Quantum Dots/MXene Nanohybrids with Exceptional Photothermal-Driven Pseudo-Capacitance Improvement”的論文，研究受寬葉螺旋草在光合作用過程中獨特的光捕獲效應的啟發，開發了一種仿生結構光熱儲能系統，以進一步促進太陽能熱驅動的贗電容改進。

在該系統中，具有有趣的光捕獲特性的3D打印扭轉開爾文單元陣列結構充當“螺旋葉片”以提高光吸收效率，而石墨烯量子點/MXene納米雜化物具有寬光熱響應范圍和強電化學活性，可作為光熱轉換和儲能的“葉綠體”。正如預期的那樣，仿生結構增強的光熱超級電容器實現了理想的太陽熱驅動偽電容增強（高達304%），即10.47Fcm-2的超高面積電容，顯著的光熱響應（表面溫度變化50.1°C），優異的能量密度（1.18mWh cm-2）和循環穩定性（10000次循環）。這項工作不僅為光熱應用提供了一種新的增強策略，而且還為多功能儲能和轉換裝置提供了新的結構設計。

圖文導讀

圖1、3D打印仿生GQD/MXene電極的制造示意圖。

圖2、a-c)GQDs/MXene納米雜化物SEM圖像。d-f)GQDs/MXene納米雜化物的TEM和HRTEM圖像。g)SAED模式。

圖3、具有不同扭轉角的3D打印仿生GQDs/MXene混合納米涂層電池晶格電極的電化學性能

圖4、不同扭轉角的仿生GQDs/MXene納米雜化物電極內光傳輸的模擬結果。

圖5、a)太陽光照下不同扭轉角的仿生結構電極的紅外圖像。b)太陽光照下不同扭轉角的仿生結構電極的ΔT時間曲線。c)GQDs/MXene-720°電極在不同功率密度下太陽光照下的表面溫度。

綜上所述，預計基于MXene的光熱SC及其仿生結構設計將推動新一代多功能電極架構的發展，并指導太陽能熱系統、儲能裝置、電磁屏蔽裝置、光傳感器、太陽能電池、太陽能電池等領域的實質性進展，電化學致動器和生物醫學機器人。