【成果掠影 & 研究背景】

随着可穿戴电子设备的快速发展，如何将太阳能高效转化为电能成为研究热点。太阳能热电发电机（STEG）通过光热材料将光能转化为热能，再利用热电材料将热能转化为电能，是实现自供电可穿戴设备的理想方案。然而，现有光热材料普遍存在吸收范围有限（尤其是近红外II区，NIR-II）、制备工艺复杂、机械柔韧性不足等问题，限制了其实际应用。

题为“Stretchable photothermal membrane of NIR-II charge transfer cocrystal for wearable solar thermoelectric power generation”的研究通过有机电荷转移（CT）共晶工程，设计并合成了一种新型光热材料——TMBD-TCBQ（TTC）共晶，其吸收范围覆盖紫外至近红外II区（200–1950 nm），光热转换效率（PCE）高达80.5%。通过静电纺丝技术将其与聚氨酯（PU）结合，制备出可拉伸纳米纤维膜（TTC-PU），即使在80%应变下仍保持73.7%的PCE。该膜作为太阳能吸收层与碳纳米管（CNT）热电纤维结合，构建了柔性可穿戴STEG器件，在自然光下可实现最大33°C的温差，并在正午时输出23.4 V/m²的电压密度。这一成果为高效、低成本的太阳能热电转换提供了新思路。

【创新点 & 图文摘要】

创新点：

  1. 1.首创NIR-II吸收的有机CT共晶

    通过TMBD（供体）与TCBQ（受体）自组装，实现宽谱吸收（200–1950 nm）与窄带隙（1.5 eV），突破传统材料NIR-II吸收不足的瓶颈。

  2. 2.高效光热转换机制

    飞秒瞬态吸收光谱验证了CT态通过非辐射跃迁快速耗散能量，解释了高PCE（80.5%）的物理机制。

  3. 3.可拉伸光热膜制备技术

    电纺技术实现大面积（8×24 cm）柔性纳米纤维膜，80%应变下性能稳定，适应复杂形变需求。

  4. 4.与柔性热电纤维的高效集成

    CNT基热电纤维与TTC-PU膜结合，温差提升至33°C，显著增强热电输出功率。

  5. 5.户外动态稳定性验证

    在真实环境（苏州，湿度45%，风速3–4级）中连续测试，膜温最高达71.3°C，电压输出与光照强度实时同步。

图1：有机共晶的设计与合成

图2：电荷转移特性的表征

图3：光热性能与机制研究

图4：可拉伸光热纳米纤维膜的制备与性能

图5：可穿戴STEG的制造与发电性能

【总结 & 原文链接】

本文通过分子设计与共晶工程，成功开发出具有宽谱吸收和高光热效率的有机CT材料，并结合电纺技术实现可拉伸纳米纤维膜的规模化制备。该膜与柔性热电纤维的集成器件在真实环境中展现出优异的温差发电性能，为可穿戴太阳能供电系统提供了高效、低成本的解决方案。未来，这一技术有望在智能服装、医疗监测等领域实现广泛应用。

原文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adh8917

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