祝贺赵思名、吴学科、郭震宇关于电驱动的多色彩动态热调控材料的研究论文被Advanced Functional Materials接收！

近日，本课题组的研究论文《An Electro-Driven Dynamic and Multicolored Radiative Thermal Regulation Material forAll-Year-Round Building Energy Saving》被Advanced Functional Materials接收。论文共同第一作者为赵思名，吴学科和郭震宇，通讯作者为清华大学化工系张如范副教授。

全球能源消耗的增长对能源供应以及二氧化碳排放控制带来严峻的挑战。建筑能耗占全球总能耗的30%，并贡献了全球温室气体排放的10%。其中，建筑能耗的40%以上用于供暖、通风和空调系统（HVAC）。预计未来二十年建筑能耗将继续增长，因此提高建筑的热调节能力以减少能耗至关重要。炎热季节，通过大气窗口（8-13微米）的被动日间辐射冷却是一种无需能耗和温室气体排放的有前景的冷却技术。在寒冷季节，低辐射率建筑外表面可以有效减少建筑内部的热辐射排放，从而减少供暖能耗。然而，现有的基于固定热辐射率材料的静态热管理策略在变化的天气条件下往往导致过冷或过热，无法满足全年节能的需求，甚至可能增加总体能耗。因此，迫切需要开发能够适应不同环境条件变化热需求的动态热调节材料或设备。尽管近年来提出了基于热致变色、力致变色和电致变色材料的动态热调节设备，但其性能远未达到令人满意的水平。因此，本课题组设计了一种电驱动的动态辐射热调控材料（EDRTRM），该材料具有多种颜色，适用于全年建筑节能。EDRTRM能够动态且独立地调节太阳辐射和MIR区域，并展示了三种工作模式：加热模式、白色冷却模式和多种颜色冷却模式（蓝色、绿色）。EDRTRM的热调节能力显著提高，冷却和加热模式之间的功率差异为659 W/m²，温度调节范围高达11℃。EnergyPlus模拟表明，EDRTRM可以在季节性温度变化的城市中减少全年建筑能耗16.75 MJ/m²。这种设计不仅最大化了热调节能力，还满足了审美需求，显示出广泛的实际应用潜力。

首先课题组对于动态热调控的材料进行合理的光谱设计来满足不同场景下的使用。

图1. EDRTRM的光谱设计

通过合理的电致变色过程（普鲁士蓝变色过程与铜颗粒的可逆金属电沉积过程）复合实现了光谱设计的目标，并达到了目前所报道文献中共同调制幅度的最大值。

图2. EDRTRM的光学性质表征

为了进一步探究材料优异光学调控性能的原因，采用SEM、TEM、XPS等表征手段，并结合米氏散射理论进行分析。由于普鲁士蓝为铜的电沉积提供了成核位点，使得形成了致密的纳米铜颗粒薄膜，从而提升了其太阳光吸收率与红外反射率，提升了电驱动热管理材料的调控性能。

图3. EDRTRM的微观形貌以及元素分析

并进一步对于材料的热调控能力进行户外实验，其最高温度调控幅度可达11℃。并且在彩色状态下也呈现出优于传统建筑材料的制冷性能。

图4. EDRTRM的实际热调控性能

我们还采用EnergyPlus进行能耗模拟计算，计算结果表明EDRTRM在多种气候带地区都具备良好的节能降耗的能力。

图5. EnergyPlus能耗模拟计算

该研究工作得到了国家自然科学基金和国家重点研发计划的支持。Advanced Functional Materials是Wiley-VCH旗下的综合性期刊，专注于功能材料科学领域的顶级研究成果。该期刊2024年的影响因子为18.5。