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基于纳米材料的光热转换效应及其与免疫治疗、化疗等多种治疗方式联合应用于肿瘤治疗的研究摘要肿瘤治疗是一个复杂的挑战，传统治疗方法如手术、放疗和化疗存在着局限性。
近年来，纳米材料的光热转换效应在肿瘤治疗领域展现出巨大的潜力。
光热疗法通过将近红外光转化为热能，选择性地杀死肿瘤细胞，并引发一系列免疫反应，具有靶向性强、副作用小等优点。
本文将详细阐述光热转换纳米材料的原理、特性及应用，重点探讨其与免疫治疗、化疗等多种治疗方式联合应用于肿瘤治疗的研究进展。
关键词：纳米材料，光热转换，肿瘤治疗，免疫治疗，化疗，联合治疗一、引言癌症是全球范围内导致死亡的主要原因之一。
尽管目前已有多种治疗方法，如手术、放疗和化疗，但这些方法往往存在着局限性，如手术治疗可能会造成组织损伤，放疗会导致正常组织损伤，化疗则存在耐药性和全身毒副作用等问题。
因此，探索新的肿瘤治疗方法具有重要意义。
纳米材料由于其独特的理化性质，在生物医学领域，特别是肿瘤治疗方面展现出广阔的应用前景。
近年来，光热转换纳米材料作为一种新兴的肿瘤治疗手段，引起了广泛关注。
光热疗法利用纳米材料的光热转换效应，将近红外光照射到肿瘤部位，将光能转化为热能，从而选择性地杀死肿瘤细胞，并引发一系列免疫反应。
光热疗法具有以下优点：*靶向性强：纳米材料可以通过不同的修饰方法，靶向肿瘤部位，最大限度地减少对正常组织的损伤。
*副作用小：与传统治疗方法相比，光热疗法具有较小的副作用，不会造成明显的全身毒性。
*易于操作：光热疗法操作简单，便于实施，适合于临床应用。
本文将深入探讨光热转换纳米材料的原理、特性及应用，并重点介绍其与免疫治疗、化疗等多种治疗方式联合应用于肿瘤治疗的研究进展，为进一步开发高效、安全的肿瘤治疗策略提供参考。
二、光热转换纳米材料的原理及特性2.1 光热转换效应光热转换是指纳米材料吸收特定波长的光能，并将光能转化为热能的过程。
光热转换效应的大小由纳米材料的光学性质、形貌、尺寸和组成等因素决定。
纳米颗粒材料的光热性能研究近年来，随着纳米科技的快速发展，纳米颗粒材料作为一种特殊的材料在光热转换领域引起了广泛的关注和研究。
纳米颗粒材料具有独特的结构特征和优异的性能，使其在太阳能利用、储能和传感等方面具有巨大的应用潜力。
纳米颗粒材料的光热性能是指在光照条件下，其表面或晶体结构吸收光能后产生的热量与光照能量之间的关系。
通过控制纳米颗粒的形状、尺寸、成分以及表面修饰等因素，可以调控纳米颗粒材料的光热性能，从而实现对光热转换效率的提高。
首先，纳米颗粒材料的形状对其光热性能具有重要影响。
一般来说，形状对光热性能的影响程度与颗粒的尺寸相当。
如球形颗粒具有较高的光热转换效率，因为球形颗粒的电子在吸收光能后更容易在颗粒之间进行传导，形成更高的光热效率。
而棒状、片状或网状颗粒由于具有更大的比表面积，能够更有效地吸收光能并产生热量，从而实现更高的光热转换效率。
其次，纳米颗粒材料的尺寸对其光热性能也起到重要的影响。
通常情况下，纳米颗粒的尺寸越小，能够吸收的光照能量越多，并且热量的积聚效果更明显，从而使得光热转换效率提高。
这是因为当颗粒尺寸减小到纳米级别时，材料表面与体积之间的比例关系发生了明显变化，使得材料表面积变得极大，从而更有利于光热转换。
因此，在光热性能研究中，纳米颗粒材料的尺寸控制是提高光热转换效率的重要手段。
此外，纳米颗粒材料的成分和表面修饰对其光热性能也具有显著的影响。
不同成分的材料在光照条件下产生的热量差别很大。
例如，金属纳米颗粒由于其良好的电子输运性质，可以有效吸收和传导光热能量，因此具有良好的光热性能，适用于太阳能电池和光热材料。
此外，通过表面修饰和功能化改性等手段，可以进一步调控纳米颗粒材料的光热性能，使其具有更高的光热转换效率和更好的稳定性。
在实际应用中，纳米颗粒材料的光热性能研究对于提高光热转换效率和拓展新能源领域具有重要意义。
例如，在太阳能利用方面，通过设计合理的纳米颗粒材料，可以实现太阳能的高效转换和利用。
光热转换材料的研究现状与发展趋势光热转换材料是一种能够将太阳光转化为热能的材料，具有广泛的应用潜力，如太阳能热发电、太阳能热水等。
在过去几十年中，随着太阳能行业的兴起，光热转换材料的研究也取得了重要进展。
本文将对目前光热转换材料的研究现状进行概述，并展望其未来的发展趋势。
目前，光热转换材料主要分为光吸收材料和热辐射材料两大类。
光吸收材料用于吸收太阳光并将其转化为热能，而热辐射材料则用于将热能辐射出去，以减少材料的热损失。
光吸收材料的研究重点在于提高吸收能力和光热转化效率，而热辐射材料则关注于减小热辐射损失和增强热辐射效果。
在光吸收材料方面，目前主要研究的材料包括金属氧化物、有机聚合物和纳米材料等。
金属氧化物如二氧化钛、二氧化锌等具有良好的吸收性能和稳定性，已经得到广泛应用。
有机聚合物由于其较低的成本和良好的可加工性，在光热转换领域也取得了不错的研究进展。
纳米材料如纳米金颗粒和纳米线具有特殊的光学和电子性质，可用于提高光热转换效率。
在热辐射材料方面，主要研究了低发射率材料和微孔材料。
低发射率材料具有较小的辐射传热能力，可以减小热辐射损失，提高光热转换效率。
微孔材料是一种具有多孔结构的材料，可以减少热传导，并具有较大的表面积和较高的吸收能力。
除了材料本身的研究，光热转换材料还需要结合器件的研发来进行应用。
传统的光热转换器件主要采用平面太阳能集热器和热储存器，这种方式存在集热效率低和储存热损失大的问题。
因此，研究人员开始尝试新型的光热转换器件，如纳米结构材料、光学陷阱和光电热转换装置等。
这些新型器件可以提高集热效率和热能存储性能，进一步改善光热转换系统的整体效能。
未来光热转换材料的发展趋势主要包括以下几个方面。
首先，研究人员将致力于开发更高效的光热转换材料，以提高太阳能利用率。
其次，随着纳米技术的发展，纳米材料将会成为光热转换材料的重要研究方向。
纳米颗粒和纳米线具有较大的比表面积和特殊的光学性质，在光热转换中具有巨大的潜力。
光热转换材料的研究现状与发展趋势光热转换材料用于产生蒸汽，可用于发电、灭菌，解决水污染、海水淡化、能源短缺等关键问题。
其中最核心的环节是选择合适的光热转换材料，将光能高效地转变为蒸汽所需的热能。
本文介绍了不同材料的光热转换机理，综述了近年来光热转换材料用于产生蒸汽的研究和设计，阐述了光热转换体系未来的研究发展趋势，对光热转换材料用于蒸汽产生的理解和发展具有重要的和指导意义。
1概述如今，全球都面临环境污染、水污染、能源短缺等问题，这些问题使得低成本、高效的开发、利用新能源和环保能源成为迫切需求。
太阳能对人类而言是取之不尽用之不竭的，利用太阳能产生蒸汽可用于污水处理[1]、海水淡化[2]、蒸汽发电[3]等众多领域，而且太阳能已经被应用于光伏[4]、光催化[5]等众多产业，是可以部分替代传统化石燃料的理想能源。
目前，产业化利用太阳能产生蒸汽主要依靠太阳光对水体直接辐照，水体吸收光能转变为热能并产生蒸汽。
此过程伴随着各种能量损耗和能量散失，转换效率极低，往往需要各种光汇聚和真空辅助设备，这样不仅增加了转换成本，而且降低了效益。
因此，开发低成本、高效的光热转换系统具有极大的经济效益和社会效益。
目前对光热转换材料的研究，主要集中在纳米流体和水气界面材料。
纳米流体是指将光热颗粒材料，如金纳米颗粒（Aunanoparticle，AuNP），分散在水中，通过光热转换对水体加热产生蒸汽；水气界面材料是指二维或三维的光热材料，可以自漂浮在水气界面，通过光热转换对材料表面的水层加热产生蒸汽。
不论是纳米流体，还是水气界面材料，负责实现光热转换功能的材料，主要包括金属材料、碳材料和半导体材料3种。
它们有着不同的机理和特点，对其研究也较为深入。
本文沿着纳米流体——二维水气界面材料——三维水气界面材料的脉络，综述了光热转换材料用于产生蒸汽的全面研究进展，介绍了不同材料的光热转换原理、光热转换效率和光热转换影响因素。
2光热转换机理2.1光热转换原理金属材料具有许多用于热转换的可移动电子，具有独特的等离子体共振效应，是金属结构上发生的独特现象。
太阳能光电、光热转换材料的研究现状与进展一、本文概述随着全球能源危机和环境问题的日益严重，太阳能作为一种清洁、可再生的能源，其开发利用已成为全球关注的焦点。
太阳能光电、光热转换材料作为太阳能利用的核心技术之一，其研究现状与进展对于推动太阳能产业的发展具有重要意义。
本文旨在全面梳理太阳能光电、光热转换材料的研究现状，分析当前的研究热点和难点，展望未来的发展趋势，以期为推动太阳能产业的可持续发展提供理论支持和实践指导。
本文将回顾太阳能光电、光热转换材料的发展历程，介绍其基本原理和分类，为后续的研究现状分析和进展讨论奠定基础。
重点分析太阳能光电转换材料，包括硅基材料、薄膜材料、钙钛矿材料等的研究现状，探讨其性能优化、成本降低以及产业化应用等方面的进展。
同时，对太阳能光热转换材料，如选择性吸收涂层、光热转换液体等的研究现状进行梳理，分析其在提高光热转换效率、稳定性以及应用领域拓展等方面的研究成果。
在此基础上，本文将深入探讨太阳能光电、光热转换材料研究中存在的问题和挑战，如材料性能瓶颈、制备工艺复杂、成本高昂等，并提出相应的解决策略和发展方向。
展望太阳能光电、光热转换材料的未来发展趋势，预测其在提高光电转换效率、降低成本、拓宽应用领域等方面的潜在突破，为太阳能产业的可持续发展提供新的动力。
通过本文的综述，旨在为读者提供一个全面、深入的太阳能光电、光热转换材料研究现状与进展的认识，为相关领域的研究人员和企业决策者提供有益的参考和借鉴。
二、太阳能光电转换材料太阳能光电转换材料是能够将太阳光直接转化为电能的材料，主要包括硅基材料、多元化合物薄膜材料、有机和聚合物材料以及染料敏化太阳能电池材料等。
随着全球对可再生能源需求的不断增长，太阳能光电转换材料的研究与应用日益受到重视。
硅基材料作为目前最成熟、应用最广泛的光电转换材料，经历了从单晶硅到多晶硅、再到薄膜硅的发展过程。
单晶硅太阳能电池转换效率高，但成本较高；多晶硅和薄膜硅则具有较低的成本和较好的应用前景。
聚合物基MXene光热复合材料的应用研究进展
马莉;马建中;张雷
【期刊名称】《精细化工》
【年(卷),期】2024(41)4
【摘要】过渡金属碳/氮化物(MXene)是一种新兴的二维纳米材料,具有组成可调、结构可控和优异的光热转换性能。
MXene可吸收太阳光,并将其高效转换为热能,
为太阳能的有效利用提供了新途径。
将MXene加入聚合物基体中,不仅可赋予聚
合物基复合材料优异的光热性能,而且可提升MXene的稳定性。
该文总结了MXene及聚合物基MXene光热复合材料的制备方法,介绍了聚合物基MXene光热复合材料的光热转换机理,综述了聚合物基MXene光热复合材料在海水淡化、
个人热管理、光热抗菌和光热治疗方面的应用研究进展;针对聚合物基MXene光
热复合材料在实际应用中所面临的MXene难以绿色安全生产、易氧化和在聚合物基体中分散性差等挑战,对其未来的发展方向进行了展望。
【总页数】12页(P728-739)
【作者】马莉;马建中;张雷
【作者单位】陕西科技大学化学与化工学院;陕西科技大学轻工科学与工程学院;西
安市绿色化学品与功能材料重点实验室;陕西科技大学轻化工程国家级实验教学示
范中心
【正文语种】中文
【中图分类】TB332
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光热转化纳米材料体系及其应用研究进展王子平;王静慧;孙丹卉;郝明娇;王强;曾维翼;段莉梅;刘景海【摘要】太阳能转化利用倍受人们的期待,光热转化作为太阳能利用的一种有效途径,逐渐引起学者的关注.本文简要介绍纳米材料光热转换基本原理和各类具有光热效应的材料体系,重点总结了光热协同催化作用在光热肿瘤治疗、海水淡化和净化以及基于太阳能热利用的CO2转化、甲醛分解、废水废气处理等能源环境领域的应用进展.【期刊名称】《内蒙古民族大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(034)003【总页数】5页(P201-205)【关键词】光热;纳米材料;催化;应用【作者】王子平;王静慧;孙丹卉;郝明娇;王强;曾维翼;段莉梅;刘景海【作者单位】内蒙古民族大学化学化工学院,纳米创新研究院,内蒙古通辽 028043;内蒙古民族大学化学化工学院,纳米创新研究院,内蒙古通辽 028043;内蒙古民族大学化学化工学院,纳米创新研究院,内蒙古通辽 028043;内蒙古民族大学化学化工学院,纳米创新研究院,内蒙古通辽 028043;内蒙古民族大学化学化工学院,纳米创新研究院,内蒙古通辽 028043;内蒙古民族大学化学化工学院,纳米创新研究院,内蒙古通辽 028043;内蒙古民族大学化学化工学院,纳米创新研究院,内蒙古通辽028043;内蒙古民族大学化学化工学院,纳米创新研究院,内蒙古通辽 028043【正文语种】中文【中图分类】O643.36随着工业化进程加速，地球能源被大量消耗，尤其是不可再生能源的消耗非常巨大，所以节约能源、开发新技术、寻找可再生能源，是缓解资源约束的现实选择［1］.催化技术在化工能源领域具有重要的作用，其中最具代表性的是光催化和热催化技术.太阳能取之不尽的优势，在催化方面具有良好的应用前景，但是太阳能的光频利用率较低，研究发现，如果入射光的能量不足，常常无法激发反应进行.在贵金属负载改性的情况下，半导体光催化材料的量子效率仍然很低［2］.热能作为高效的能源，在反应中通过热来增强催化效果，在化工产业中具有良好的应用并创造了瞩目的成就，但是热催化因其能耗高、容易影响产物的稳定性以及选择性等特点制约了热催化的发展.例如，苯乙烯在工业生产中，使用沸石催化剂改进了苯烷基化的工艺，但反应仍然需要高温（通常为350oC至450oC）并产生多烷基化产物［3-5］.光催化和热催化技术长期以来都是两个独立的化工能源催化技术，近年来，针对两者有很多研究，对比发现如果能将两者结合起来，促成光热协同催化技术，使两者优势互补，开辟出新的有效可行的催化途径，是解决能源紧张现状的有效方式.1 光热转换基本原理光热转换效应（LSPR）是通过材料吸收光能引起表面局域等离子体共振效应，光能转化为电子或空穴谐振的动能、或者电子跃迁能量，通过晶格散射的振动能使周围环境温度提高的现象［6］.不同光热转换材料的原理不同.比如贵金属纳米粒子（如Au NCs［7］、Pd NCs［8］、Ag NCs［9］等）吸收辐射后，表面电子振荡增强，主要以热能形式释放；具有LSPR的半导体纳米晶（如金属氧硫族、钨基纳米晶等）材料，通过表面等离子体共振效应，实现光热转换；碳材料（如碳纳米管［10-11］，石墨烯及碳基复合材料［12-13］）由于其结构的特殊性能够在近红外光区有很强的吸收，实现光热转换.由此说明，材料的光热转换性能主要与材料吸收外来辐射和产生能量的强弱有关.2 具有光热效应的材料体系光热协同催化的共同作用有效的改善了单一条件催化所带来的效率较低的问题，具有光热协同催化的催化剂受到了广泛的关注.目前，光热转换材料主要为贵金属［2-4］、有机聚合物类、碳基及其复合纳米材料、磁性纳米材料和半导体.贵金属中具有光热效应的材料主要包括金、银、铂和钯等贵金属纳米粒子.这些贵金属纳米材料均有着较强的局部LSPR效应，进行调控贵金属纳米粒子的粒径大小、形貌，使得材料的等离子体共振峰延伸到近红外区域，从而提高光热转换效率.有机聚合物光热转换材料主要有小分子染料类、超分子类、共轭聚合物类.小分子染料类中具有光热效应的还有吲哚花青绿、噻二唑衍生物、咪喹莫特等.碳基纳米材料由于其特殊的材料结构在可见-近红外区具有较强的光吸收，能将光能快速转化为热能，具有显著的光热效应，主要包括碳纳米管、碳纳米棒、石墨烯、石墨烯氧化物.磁性纳米材料主要有Fe3O4纳米颗粒、磁性脂质体、磁流体、铁磁微晶、铁碳复合物和超顺磁性氧化铁.半导体纳米材料目前成为研究者广泛关注的一类光热转换材料，其中过渡金属氧硫族光热转换试剂扮演着重要的角色.3 光热转换材料的实际应用3.1 在医学方面的应用光热治疗也是一种新兴的肿瘤治疗方法，主要是采用对组织穿透力较强的近红外光（因为它的波长范围可透过人体皮肤和深层组织而不被吸收）进行辐射肿瘤组织，将吸收的光能转化为热能使肿瘤组织温度升高，导致局部高温从而杀伤肿瘤细胞的目的.这种技术对设备的要求极低、成本廉价、操作简便且容易控制，同时对正常组织的损伤也很小，因此近年来受到科学家们的青睐［14-16］.赵宇亮首次报道了牛血清白蛋白修饰的多钨酸钆作为多功能诊疗一体化应用于癌症的诊断和治疗，使得光热治疗试剂应用于肿瘤的光热治疗；常津、张兵波，采用来源丰富的牛血清白蛋白（BSA）为生物模板，制备出了高质量GdCuS@BSA纳米颗粒，实现对肿瘤的有效消融，并且具有良好的生物相容性［17］；李秀军发现了传统HRP/Fe3O4纳米粒子（NPs）-TMB-H2O2比色反应体系的近红外光热效应，实现了以温度计作为肿瘤标志物浓度的定量读数工具［18］；周晶副使用新型软模板法合成了具有多孔结构的稀土上转换发光纳米材料，通过干扰热休克蛋白的合成，实现了高效的多模式成像指导的光热肿瘤治疗［19］；焦体峰、闫学海通过原位矿化形成的金纳米颗粒被证实了具有调控胶原蛋白水凝胶机械性能的作用，这种水凝胶材料也被证明可联合光动力/光热，显著增强抗肿瘤效果［20］；易涛合成了一种能够对pH灵敏响应的光热分子pH-PTT，并通过BSA负载构建了BSA-pH-PTT的pH响应型高尔基体靶向的光热复合体系；该复合体系能够被肿瘤高尔基体更多地摄取并被高尔基体的弱酸性环境触发，杀死肿瘤细胞［21］；李岳彬、陈伟在水相室温条件下组装复合获得一种新型的基于硫化铜纳米盘聚集体的CuS-PTX/SiO2复合纳米胶囊，表现出了显著的光热-化学联合治疗效果［22］.光热协同在肿瘤治疗能够起到很大的作用，并且其应用前景非常广泛，上述的研究使得光热催化在实际应用方面取得了较大的进展.中科院高能物理研究所赵宇亮研究员和谷战军研究员带领的团队结合同步辐射X射线近边吸收谱，在可控合成尺寸小、生物相容性好的纳米MoS2的基础上，研究了MoS2纳米片对耐氨苄青霉素的革兰氏阴性大肠杆菌及和革兰氏阳性内生孢子型枯草杆菌的抗菌效果［23］.3.2 在海水淡化中的应用海水淡化是解决我国淡水资源短缺的重要措施之一，利用太阳能来制造淡水是解决淡水危机的最佳方法.光热协同催化在海水淡化中也有很大的应用，学者们利用光热协同作用，发明了具有高效海水净化的装置来进行海水的净化，如胡良兵课题组利用介孔木材的各向异性导热设计出太阳能蒸汽发生装置，在1个太阳下达到80%的高蒸汽发电效率，在10个太阳下实现89%的高蒸汽发电效率［24］；朱嘉等发明了等离子激元铝黑体材料增强的太阳能海水淡化装置，使得能量传递效率高达90%左右，淡化前后水的盐度可降低4个数量级［25］；甘巧强、江素华设计出一种便携式太阳能蒸馏器，通过价格低廉的炭黑粉末、亲水多孔纸张和聚苯乙烯泡沫塑料制成的“黑纸”而制成，可以使太阳能转换效率达到88%［26］；陈永胜等设计出一种独立的3D交叉连接的蜂窝石墨泡沫太阳能转换器，其组成简单能够捕获太阳光并转化为热量［27］.与此同时，在进行海水净化过程中，一些学者利用膜技术结合光热催化进行海水净化，如frem Curcio教授将传统的膜蒸馏技术与光热转化结合起来实现蒸馏过程［28］；周军设计了基于碳纳米管（CNT）改性滤纸和商用Nafion膜的海水淡化和盐差发电复合系统，获得了较高的海水淡化光热转换效率，同时能够实时输出电能［29］；江河清利用其独特的三维结构，通过改善光热膜体系的传质和传热性能，设计了具有宏观尺寸的3D空心锥形光热膜，其光热转化效率超过93%，表现出较好的稳定性，同时其蒸发效率是自然蒸发的3.5倍［30］.在海水净化上面，也进行了设计出新型的材料来增加还增加光热水蒸发效率，如王鹏等将MXene材料引入光热水蒸发中，MXene可以在维持高吸光率的条件下近乎百分之百地将吸收的光能转化为热能，增加光热水蒸发效率［31］，温珍海、侯阳、罗胜联通过球磨商用二氧化钛和铝颗粒的低廉前驱体制备黑色铝-钛-氧纳米混合体，铝-钛-氧混合体构建的薄膜展现了高的光热效率和有效的太阳能脱盐性［32］，崔琳凡研发出了石墨烯复合结构，结合光-电-热效应的利用太阳能海水淡化新方法，实现了清洁水产水速率的大幅度提高［33］，刘忠范等通过等离子体增强化学气相沉积法（PECVD）生长出具有连续孔隙的多级结构石墨烯泡沫（h-G泡沫），海水淡化应用的太阳蒸气转化效率超过90%，且具有良好的耐久性和循环使用性能［34］，余桂华等通过引入毛细管水通路增强了水凝胶的水运输，实现了高效快速的水蒸发及盐水分离［35］，Ghim Wei Ho报道了一种廉价的可伸缩的3D弹性富氮多孔碳海绵（CS）进行了高效原位间接光热蒸发，避免了过多的热量损失，提高了蒸发效率，独立的CS也具有太阳能蒸汽诱导生电［36］.3.3 在能源环境领域的应用利用太阳能将H2O与CO2转化为太阳能燃料（H2、CO或碳氢燃料）是极具潜力的太阳能储能和碳循环方法之一.光催化转化技术主要聚焦于太阳光中紫外与部分可见光波段的能量利用，基于太阳能热利用的热化学循环转化技术，理论上可以将太阳能完全转化为热能.赵喆课题组利用自制的CO2催化反应装置，在外加可见光光源条件下，维持反应器内部温度350oC，CO2、水汽和催化剂在此条件下反应生成甲烷，反应过程中CO2和水同时被铁酸镍催化剂催化裂解为中间体，最终转化生成甲烷［37］.室内甲醛污染也受到了广泛的关注.张彭义开展了MnO2对室内环境中甲醛的分解性能研究，将石墨烯与二氧化锰复合，这种复合材料具有优异的光热转换特性，MnO2为甲醛氧化提供了反应位点，石墨烯将转化的热能传递给为MnO2；该工作提出了一种有效利用太阳能的方法，利用石墨烯的光热特性，促进了复合材料对太阳光的利用，光照下，MnO2-G比单独的MnO2或单独的石墨烯表现出更高的甲醛分解活性，活性增强主要源于石墨烯的光热效应，MnO2为甲醛氧化提供了反应位点，石墨烯将转化的热能传递给为MnO2.将催化剂与光热材料结合，提供了一种利用太阳能改善热催化性能的新思路［38］.在废水处理方面，王玉超利用光热蒸发-吸附协同作用深度处理含重金属离子的污水，在碳纳米管上层构筑光热涂层，以多孔二氧化硅作为导水支撑层得到复合光热膜，在一个太阳光强度下可以将水蒸发效率提高到1.3 kg·m-2·h-1，太阳光利用率超过82%，通过表面氨基及含氧基团的接枝，光热膜具有较高的吸附性能，对多种重金属离子吸附量均超过100 mg·g-1［39］.废气处理方面，光热协同催化可有效增强金属氧化物催化剂净化VOCs的能力，Yang等合成了斜方锰矿型的MnO2空心球（R-MnO2-HS），在太阳光照射和140oC下，R-MnO2-HS上光热协同催化降解苯反应30 min的降解率达到100%，远高于TiO227%的催化降解率［40］.4 结论光热协同催化作为一种新兴的催化手段，解决了传统热催化能耗高、污染大的缺点，实现了太阳能的有效利用，目前光热协同催化主要应用于能源转化、废物处理、海水净化、疾病治疗等方面并取得一些成效.但由于两者机理的不同，针对不同体系光热协同效果不尽相同，因此，高效稳定的光热催化剂的设计、新型催化体系的开发、光热催化机理的研究仍然是一项严峻的挑战.参考文献【相关文献】［1］李振宇，黄格省.推动我国能源生产革命的途径分析［J］.化工进展，2015，34（10）：3521-3529.［2］刘景海，李鑫.石墨相氮化碳（g-C3N4）光催化分解水制氢材料的研究进展［J］.内蒙古民族大学学报（自然科学版），2015，30（1）：14-17［3］C Perego，P Ingallina.Recent advances in the industrial alkylation of aromatics：New catalystsand new processes Catal［J］.Today，2002，73：3-22.［4］C Perego，P bining alkylation and transalkylation for alkylaromatic production［J］.Green Chem，2004，6：274-274.［5］J Cejka，B Wichterlova.Acid-catalyzed synthesis of mono-and dialkyl benzenes over zeolites：Active sites，zeolite topology，and reaction mechanisms［J］.Catal Rev，2002，44：375-421.［6］X CHEN，Y CHEN，M YAN，et al.Nanosecond photothermal effects in plasmonic nanostructures［J］.ACS Nano，2012，6（3）：2550-2557.［7］Y E Lukianova-Hleb，N A Volkov，X Wu，et al.Advanced Materials［J］.2013，25（5）：772-776.［8］X Huang，S Tang，J Yang，et al.Journal of the American 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第45卷第11期2017年11月硅酸盐学报Vol. 45，No. 11November，2017 JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY DOI：10.14062/j.issn.0454-5648.2017.11.03 太阳能光电、光热转换材料的研究现状与进展王聪，代蓓蓓，于佳玉，王蕾，孙莹(北京航空航天大学物理学院太阳能物理实验室，北京 100191)摘要：重点探讨了太阳能光电、光热转换技术领域的材料研究现状与发展，主要包括光伏电池半导体材料和太阳光谱选择性吸收涂层光学材料膜系。
太阳电池材料的关键问题还是成本与光电转换效率，钙钛矿太阳电池的研究成为光伏电池新的研究热点。
太阳光谱选择性吸收涂层是太阳能光热利用领域的核心材料技术之一。
近年来，太阳能的中高温热利用，尤其是聚焦热发电技术，作为与光伏发电平行的另一种主流太阳能发电方式，成为人们日益关注的焦点。
另外，还阐述了中高温太阳光谱选择性吸收涂层在国内外的研究成果和最新进展。
关键词：太阳能；光伏电池；太阳能聚焦热发电；太阳光谱选择性吸收涂层中图分类号：TK519 文献标志码：A 文章编号：0454–5648(2017)11–1555–14网络出版时间：2017–10–09 13:56:00 网络出版地址：/kcms/detail/11.2310.TQ.20171009.1356.014.html Recent Development and Advance of Solar Photovoltaic Materials and PhotothermalConversion MaterialsWANG Cong, DAI Beibei, YU Jiayu, WANG Lei, SUN Ying(Center for Condensed Matter and Material Physics, Beihang University, Beijing 100191, China)Abstract: The research status and advance of solar photovoltaic materials and photothermal conversion materials, which mean semiconductor solar cell materials and solar spectral selective absorbing coatings, were reviewed. The main problems of solar cell materials are cost and photoelectric conversion efficiency (PCE). The investigation of perovskite solar cell becomes a new research hotspot. On the other hand, solar selective absorbing coating is one of the key material technologies of solar thermal utilization. In recent years, medium-high temperature heat utilization of solar energy, especially the technology for concentrated solar power (CSP) as another mainstream of solar energy generation, is becoming a focusing in parallel with photovoltaic power generation. Thus this paper also talks about the research results and recent development of high temperature solar selective absorbing coatings as an important content.Keywords: solar energy; photovoltaic cell; concentrated solar power; solar selective absorbing coating太阳能作为一种取之不尽的清洁能源成为人类开发的重要绿色能源之一。
光热转换相变储能材料的研究进展
樊冬娌;刘丽霞;陆亚清
【期刊名称】《纳米技术》
【年(卷),期】2022(12)4
【摘要】太阳能是一种取之不尽、用之不竭的清洁可再生能源,但其间歇性与不连续性的特点,一定程度上限制了它的发展与商业化应用。
基于有机相变材料的潜热存储技术不仅可以完美地解决太阳能自身存在的缺陷,而且能够有效地将太阳能转换成热能并存储起来。
本文综述了有机相变材料进行光热转换与存储的基本方法和机理,浅谈了光热转换材料最新的研究进展以及在节能建筑、个人热管理和电子器件的热管理等领域的应用。
最后,对光热转换相变储能材料未来的研究重点进行了展望。
【总页数】10页(P352-361)
【作者】樊冬娌;刘丽霞;陆亚清
【作者单位】南通大学化学化工学院南通;苏州市产品质量监督研究院苏州
【正文语种】中文
【中图分类】F42
【相关文献】
1.纳米复合相变材料固液相变储能过程研究进展
2.相变储热研究进展：（1）相变材料特性与储热系统优化
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以多级孔碳为支撑基体的复合相变材料在光热转换与存储方面的研究进展5.具有光热转换性能的三聚氰胺泡沫支撑铜纳米颗粒/石蜡复合相变材料的研究和应用
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第42卷第5期上海师范大学学报（自然科学版）Vol．42，No．5 2013年10月Journal of Shanghai Normal University（Natural Sciences）Oct．，2013有机光热转换纳米材料的研究进展张红卫，孔斌，方时超，张晨，周治国，杨仕平*（上海师范大学生命与环境科学学院，上海200234）摘要：光热治疗技术作为一种新型微创治疗技术，已经在癌症治疗方面引起了全世界的高度关注．有机光热转换纳米材料吸收范围容易调控、可生物降解，已经成为了研究的热点．主要综述了有机光热转换纳米材料(包括吲哚菁绿、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩和多巴胺黑色素纳米颗粒)的研究进展，最后介绍了其在光热治疗、近红外热成像等生物医药方面的应用．关键词：有机纳米材料;光热转换;光热治疗;热成像中图分类号：O611．3文献标识码：A文章编号：1000-5137（2013）05-0537-090引言癌症已经取代心脏疾病成为全球死亡的首要原因［1－2］．根据世界癌症报告，在2008年约760万人死于癌症，到2020年，癌症发病率可能会进一步增加至50%，增加15万新发病例．目前临床上的癌症疗法是有限的放疗、化疗等手术．但这些方法承担着杀死正常细胞，破坏免疫系统，增加第二癌症发病率的风险［3－5］．光热治疗是一种新兴的用于治疗癌症的高选择性和微创技术［6］．其治疗作用只发生在肿瘤部位，通过光热治疗（PTT）试剂积累和局部近红外（NIＲ）的激光照射，有效避免了上述风险．这种技术与传统的技术相比，还具有其他一些潜在的优势，包括过程简便、恢复快、并发症少、住院时间短［7］．肿瘤光热治疗，最近几年越来越为研究者所青睐，这是因为光热治疗高效．而光热治疗，大部分都得借助光热试剂这一介质．研究者发现很多材料在近红外有很好的吸收，并且能很好的将近红外光的能量转变为热能．其光热原理是：材料吸收光子后，一部分能量以光子的形式释放出去，一部分则转变为材料自身的热能，以热量的形式释放出去，故而，材料在近红外有吸收，不一定就是理想的光热试剂，这就需要材料自身有较理想的光热转换效率．其次，光热试剂本身必须具有良好的生物相容性，以及无毒副作用．光热试剂，人们研究较多的主要有金属基材料，碳基材料以及有机材料．这些材料大部分都有良好的光热转换效率，但一部分又存在着不足．当前可用的光热治疗试剂主要集中在以金、银、钯为基础的新型金属纳米粒子［8］，以铜为基础的半导体纳米粒子［9］，碳基纳米材料［10］和有机聚合物［11］．虽然能够有效治疗癌症，但这些药物尚未达到临床实施，因为其长期安全性受到极大的关注．例如，金属纳米粒子的生物代谢差，与金属本身安全相关的问题，而碳基纳米材料已被证明能够诱使许多毒性反应，例如氧化应激和肺部发炎［12］．开发由在生物体中天然存在的物质组成的光热治疗试剂，对其体内应用，将是非常有益的，因为它可以有效地避免异物在患者体内长期保留引起的严重不良影响，并且对这些药物的生物降解也可以通过新陈代谢实现．现收稿日期：2013-09-23基金项目：国家自然科学基金（20971086）；教育部科学技术重点项目（210075）作者简介：张红卫（1989－），女，上海师范大学生命与环境科学学院硕士研究生；杨仕平（1969－），男，上海师范大学生命与环境科学学院教授．*通信作者上海师范大学学报（自然科学版）2013年今，人们对于光热试剂的研究，大部分都聚焦到有机光热试剂及其复合材料上，因为该类材料在解决传统的问题外，还能够实现材料的多功能化．本文作者主要综述了有机光热转换纳米材料的研究进展．1有机光热试剂1．1聚吡咯（PPy ）类光热试剂1．1．1聚吡咯有机导电聚合物，由于其高生产力和良好的稳定性，已被广泛应用于有机电子产品．另外，又凭借其较强的近红外吸收，聚吡咯纳米粒子也被应用于军事领域等．聚吡咯纳米材料还被用于生物传感，药物输送和神经再生等领域．由于其较强的近红外吸收，Liu 等［13］用微乳液法，用聚乙烯醇（PVA ）做稳定剂，获得PVA 涂层的聚吡咯纳米颗粒，通过体内体外实验，发现材料具有良好的光热治疗效果，如图1．图1聚吡咯肿瘤注射（剂量2mg /kg ）光热治疗后（治疗周期16d ），小鼠肿瘤及其切片H＆E 染色效果1．1．2PPy@Fe 3O 4随后，Liu 等［14］又尝试将PPy 包裹到Fe 3O 4表面，再将安霉素接到PEG 修饰过的该材料表面，从而达到集核磁、光热、药释于一体的多功能材料，材料合成示意图如图2．该模式下，形成了通过磁场远程控制的靶向光热和药物协同治疗试剂．图2PPy@Fe 3O 4的合成示意图及药物释放和光热治疗示意图802第5期张红卫，孔斌，方时超，等：有机光热转换纳米材料的研究进展1．2吲哚菁绿（ICG ）染料光热试剂吲哚菁绿染料分子是一个大的π共扼体系，这种基本结构特征决定了染料的主要吸收在600 850nm 范围（图3）．由于吲哚菁绿染料在近红外区存在吸收，激光照射后，吲哚菁绿染料电子的能量增加，就会发生电子跃迁，由基态跃迁至单线激发态，当电子由单线激发态回落至基态时，能量就会以光和热能的形式释放出来，因此使得该类化合物具有发射荧光和光热转换的能力．另外它的摩尔消光系数高、荧光量子产率高、稳定性较好、熔点低以及最大吸收波长可调谐范围大等特点，同时，ICG 是美国FDA 批准的唯一的可以用于临床诊断的具有近红外光学特性的分子．图3吲哚菁绿的结构示意图和紫外近红外的吸收图但是ICG 具有浓度依赖的聚集，较差的稳定性，非特异性的蛋白结合以及缺少靶向，ICG 在生物体内会快速降解，半衰期只有2 4min ［15］．故而需要改善吲哚菁绿染料的水溶性和生物兼容性问题［16］．Yu 等用聚烯丙胺盐酸盐包覆ICG ，通过控制温度和溶剂的量得到不同尺寸的胶囊，该类材料分散性、稳定性得到大大改善，有利于光热成像和治疗（图4）．图4聚烯丙胺盐酸盐包覆ICG 的流程示意图1．3聚苯胺类光热试剂聚苯胺是一类用于研究细胞增殖的电活性物质，因而具有非常好的生物兼容性．并且其吸收峰容易92上海师范大学学报（自然科学版）2013年受到掺杂剂（如强酸、路易士酸、过渡金属以及碱粒子等）的影响而发生移动，因为这些掺杂能在聚苯胺的价带与导带之间产生一个能带，从而迫使电子发生移动，降低了激发态能级，所以当聚苯胺的上亚胺基团转变成亚胺盐时，其吸收峰将红移到近红外区域．而这种具有近红外吸收的聚苯胺的亚胺盐就可以很好的用于光热治疗．基于聚苯胺的这种性能，Yang 等［17］开发了一种新型的聚苯胺光热试剂．相对于聚苯胺亚胺，聚苯胺亚胺盐的近红外吸收有了明显红移，最强吸收峰有570nm 红移到了780nm 左右，在整个近红外区域都有了明显吸收，并且其光热转换效果明显增强．将该光热试剂用于治疗老鼠体内的肿瘤，组织学检测实验证明具有非常好的效果（图5）．图5聚苯胺光热转换试剂的吸收、光热转换以及光热治疗效果1．4多巴胺黑色素光热试剂黑色素是一种众所周知的生物聚合物，广泛的分布在几乎所有的动物体内，它具有一些独特的功能．包括免受紫外线伤害，对于人体具有抗菌、体温调节、自由基淬灭和对神经系统的保护等功能．另外，它的吸收可以延长到近红外区，故而，Lu 等人［18］将多巴胺黑色素应用于肿瘤光热治疗，他们发现多巴胺黑色素具有良好的光热效果，光热转换效率为40%，要远远高于以往报道的光热试剂的转换效率，从而在低激光功率密度和短的照射时间条件下并未损害健康组织．并且，研究中发现材料在生物体内表现出生物降解，并没有表现出毒副作用，光热治疗效果如图6．1．5噻吩类光热试剂Liu 等［19］开发了一种新型的有机光热治疗制剂，在聚（3，4－乙撑二氧噻吩）：聚（4－苯乙烯磺酸盐）（PEDOT ：PSS ）的基础上，一层一层涂上电荷并与支链聚乙二醇（PEG ）共轭，所得到的PEDOT ：PSS －PEG 纳米粒子在生理环境中非常稳定．又进一步利用PEDOT ：PSS －PEG 作为PTT 剂进行体内的癌症012第5期张红卫，孔斌，方时超，等：有机光热转换纳米材料的研究进展治疗，在一个较低的激光功率密度光照射下，使用全身给药，小鼠肿瘤模型的治疗疗效良好．血液测试和细致的组织学检查显示：40d 内PEDOT ：PSS －PEG 纳米粒子对小鼠没有明显的毒性．这项工作是导电聚合物纳米粒子在动物体内的第一次非常有效的PTT 治疗，推动了人们对开发有机纳米材料进行癌症诊断应用的进一步探索．图6多巴胺黑色素治疗小鼠效果图图7PEDOT ：PSS －PEG 结构示意图、TEM 图及其肿瘤模型不同时间段的光热成像图2有机光热转换材料的生物应用2．1光热治疗有机光热转换材料作为一种重要的光热转换材料，具有很多独特的应用，其中最重要的就是用于光热治疗．700 1100nm 的近红外区域是重要的“生物窗口”．生物体本身对这个区域的光吸收很少，因此这个区域的光具有非常好的生物组织穿透性．而有机光热转换材料对近红外光有明显的吸收作用，而且由于有机材料的电子具有明显的等离子共振效应，因此被近红外光激发的碳材料能产生明显的热效应，使周围的介质温度迅速升高．如果将有机材料直接注射到肿瘤内或者通过静脉注射的方式将带有靶向112上海师范大学学报（自然科学版）2013年基团的碳基光热转换材料输送到肿瘤位置，然后通过激光照射肿瘤位置使肿瘤位置温度迅速升高，可以迅速地破坏肿瘤组织，而对周围正常组织的创伤非常小．Zheng 等［20］通过卟啉双层自组装形成了纳米囊泡，这种纳米囊泡具有可调谐的大消光系数，与其结构相关的荧光自猝灭和独特的光声光热性能．纳米囊泡的近红外荧光可以在解离时恢复，为低背景荧光成像创造机会．由于纳米囊泡的有机性质，在静脉注射剂量为1000mg ·kg －1的小鼠中，卟啉纳米囊泡可被小鼠体内酶降解，并且其急性毒性最小．在类似方式的脂质体中，卟啉纳米囊泡的较大水溶芯可以被动或主动加载．全身给药后，卟啉纳米囊泡可在异种移植的裸鼠肿瘤中积累，激光照射后诱导肿瘤的光热消融，如图8．具有光学性能和生物相容性的卟啉纳米囊泡已被证明是有生物成像和治疗多模态潜力的有机纳米粒子．这进一步证明了有机纳米材料在肿瘤治疗上具有非常好的应用前景．图8卟啉纳米囊泡试剂作为光热试剂的光热治疗图（小鼠静脉注射剂量为42mg ·kg －1）2．2热成像有机光热转换材料的另一种重要用途是热成像造影剂．由于近红外热像仪探测的波长范围（7．5 13μm ）与近红外光热治疗的波长（680 1100nm ）无重叠，因此可以用有机材料作为热成像的造影剂．另外在光热治疗的过程中，传统的热电偶或者其他测试手段不能有效地检测激光照射位置的温度分布，给光热治疗带来了诸多不便，而热成像仪不仅可以方便地检测整个生物体的温度空间分布情况，实时监控光热治疗过程中温度的变化情况，还可以通过温度变化情况来确定治疗时所需要的激光功率、照射时间等参数，为尽可能地降低光热治疗的副作用和减轻对患者的治疗创伤提供可靠的指导．Yang 等［17］展示了一种基于聚苯胺的新型纳米粒子作为有机光热剂诱导治疗上皮癌的可行性．聚苯胺的生物相容性很好，已被用来作为电活性材料研究细胞增殖［21－22］，它的一个重要优点是：可以作为掺杂剂（即，强酸，路易斯酸，过渡金属，碱金属离子），诱导质子在价带和导带之间产生的带间能隙的电子的运动，并降低激发能量水平［23－25］．在掺杂过程中，当聚苯胺由亚胺碱（EB ）转变成亚胺盐（ES ）时，其过渡吸收峰将红移到近红外区．聚苯胺对近红外光的吸收会产生大量的热能，由此可用于癌症细胞消融．由图9可以清212第5期张红卫，孔斌，方时超，等：有机光热转换纳米材料的研究进展楚地看到，所得到的热成像图具有非常高的温度分辨率，能有效地指导光热治疗．Dai 等［26］利用聚乙烯醇（PVA ）作为稳定剂，在水溶液中通过一步聚合反应合成了均匀的聚吡咯纳米粒子［27－33］．把三氯化铁（FeCl 3）加入到PVA 水溶液中，同时作为反应的氧化剂和PVA /铁阳离子的成形剂．据该文章所述，这是第一次对单分散聚吡咯纳米粒子稳定性的报道，它作为一类新的光热治疗试剂，具有良好的生物相容性，对近红外具有较强吸收，光热转换效率高和良好的耐光性．图9纯水、PANPs －EB （0．5mg /mL ）、PANPs －ES （0．05mg /mL ）和PANPs －ES （0．5mg /mL ）的近红外激光照射（808nm ，7W /cm 2）前后热成像对比图3结论和未来展望有机纳米光热转换材料，展现了许多优点，吸收范围容易调控、可生物降解．人们已经研发了多种方法对有机纳米材料（包括吲哚菁绿、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩和多巴胺黑色素纳米颗粒）进行表面改性和靶向性功能化，这些有机光热转换材料在光热治疗和近红外热成像领域展现了光明的应用前景．但目前有机光热转换材料的生物应用还处在研究的起始阶段，相关文献还比较少．下一步的研究方向主要有：（1）发展有机光热转换材料的可控合成和表面改性方法，以期得到生物兼容性更好、光热转换效率更高的有机光热纳米材料；（2）将有机光热材料与其他光热转换材料有机地结合，形成纳米复合材料，有望改善光的吸收，提高光热转换效率，为实际医学应用奠定基础．参考文献：［1］YOO D ，LEE J H ，SHIN T H ，et al．Theranostic magnetic nanoparticles ［J ］．Acc Chem Ｒes ，2011，44（10）：863－874．［2］ＲIZIA B ，SUＲBHI L ，AMIT J ，et al．Theranostic nanoshells ：from probe design to imaging and treatment of cancer ［J ］．AccChem Ｒes ，2011，44（10）：936－946．［3］FOＲＲEST M ，KIEVIT ，ZHANG M Q ，et al．Surface engineering of iron oxide nanoparticles for targeted cancer therapy［J ］．Acc Chem Ｒes ，2011，44（10）：853－862．［4］VOGEL A ，VENUGOPALAN V．Mechanisms of pulsed laser ablation of biological tissues ［J ］．Chem Ｒev ，2003，103（2）：577－644．312412上海师范大学学报（自然科学版）2013年［5］NOLSOE C P，TOＲP－PEDEＲSEN S，BUＲCHAＲTH F，et al．Interstitial hyperthermia of colorectal liver metastases with a 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in the ablation of cancer cells．Organic nanomaterials with photothermal effects have become a research hotspot for their biodegradable and easy to regulate its absorption spectra．The recent advances about the organic nanomaterials with photothermal effects are mini-reviewed．Key words：organic nanomaterials；photothermal conversion；photothermal therapy；thermal image(责任编辑:郁慧)。
