四川大学Science，解锁可持续能源冷却的新前景！

【科学背景】

随着全球气候变化日益加剧，寻找可持续的热管理策略成为当务之急。传统的石油化学衍生冷却材料由于吸收太阳光而面临效率挑战，这促使科学家们寻求新的解决方案。

被动辐射冷却技术作为一种潜在的可持续策略引起了广泛关注，它利用材料本身的特性将内部热量辐射到更冷的外部环境，同时反射太阳辐射，无需外部能源输入即可实现自给自足的冷却效果。然而，现有的石油化学衍生冷却材料往往由于吸收太阳光而效率低下，这导致环境中的温度升高，从而减弱了其冷却效果。

为解决这一问题，四川大学赵海波教授、王玉忠院士等人合作，研究开发了具有本征荧光特性的生物质气凝胶。这种新型材料利用DNA和明胶在有序分层结构中的聚集，通过荧光和磷光效应实现了在可见光区域的超过100%的太阳反射率。具体来说，这种气凝胶在0.4至0.8微米的波长范围内，展示了104.0%的太阳加权反射率，从而有效地降低了日照条件下的环境温度高达16.0°C。相关研究成果在“Science”期刊上发表了题为“A photoluminescent hydrogen-bonded biomass aerogel for sustainable radiative cooling”的最新论文。

研究团队通过水焊接的高效大规模生产方法，成功地实现了这种气凝胶的生产，并且展示了其在修复性、可回收性和生物降解性方面的优异表现，从而完善了整个材料的环保生命周期。这项研究不仅开辟了生物质荧光材料在辐射冷却领域的新应用，还为设计下一代可持续冷却材料提供了一种创新的思路和技术路径。

【科学亮点】

（1）实验首次发现了DNA和明胶聚集形成有序分层气凝胶，通过荧光和磷光效应实现了在可见光区域超过100%的太阳加权反射率。这一发现标志着在冷却材料领域的创新突破，为开发高效能、环保的冷却材料奠定了基础。

（2）实验结果显示，该生物质气凝胶在高强度太阳辐射下能够显著降低环境温度长达16.0°C。这种高效的冷却效果归因于其优异的太阳反射特性，使其成为应对全球气候变化和能源消耗挑战的有力工具。

（3）此外，通过水焊接方法高效生产的气凝胶表现出色的可修复性、可回收性和生物降解性，完整体现了环保意识的生命周期管理。这一特性使得生物质荧光材料成为设计下一代可持续冷却解决方案的重要组成部分。

【科学图文】

图1： 本征光致发光生物质气凝胶板示意图。

图2. GE-DNA气凝胶的结构和形貌。

图3.  GE-DNA 气凝胶的可修复性、可回收性和生物降解性。

图4. GE-DNA气凝胶的冷却机理和性能。

【科学结论】

本文开发出一种基于荧光诱导的生物质辐射冷却策略，旨在解决传统石油化学衍生冷却材料在吸收太阳光能方面的效率挑战。通过利用DNA和明胶（GE）构建的有序多层结构，作者实现了在可见光区域超过100%的反射率，特别适用于白天辐射冷却。

此方法不仅优化了太阳光谱的反射性能，还通过荧光和磷光效应显著提高了冷却效果，将环境温度降低了16.0°C。通过水辅助制备技术，作者成功实现了这种气凝胶的大规模生产，生产出具有各向异性结构的气凝胶板，确保了其在光学上的均匀性和稳定性。这种完全由生物质原料制成的气凝胶不仅具有高修复性、可回收性和生物降解性，而且在其整个使用寿命中对环境没有负面影响。这一创新不仅为未来的能效高和可持续发展提供了新的材料选择，还为减少碳排放和能源消耗提供了重要的科学基础和技术路线。

参考文献：Jian-Wen Ma et al. ,A photoluminescent hydrogen-bonded biomass aerogel for sustainable radiative cooling.Science385,68-74(2024).DOI:10.1126/science.adn5694https://www.science.org/doi/10.1126/science.adn5694