21世纪，开发太阳能利用技术被视为应对气候变化的关键途径之一。然而，如何高效存储和释放太阳能是这一领域亟待解决的核心问题。与传统太阳热集热器相比，分子太阳热系统（MOST）以光驱动异构化反应，将光子能量转化为稳定的化学键，并通过热诱导异构化释放能量，（图1A）具备能量生成与释放时间可控的优势。然而，设计理想的MOST体系面临两大挑战：其一，如何提高光致异构产物的热稳定性以确保长期储存的安全性；其二，如何实现高效的催化回异构化以便于稳定地释放能量。当前常见的化合物对（如降冰片烯和四环烯）（图1B）虽然在能量密度方面表现良好，但其热稳定性和太阳光谱吸收能力尚待提升。此外，复杂的光化学与热化学过程之间的相互作用也增加了开发高效MOST体系的难度。
图片来源：JACS
本研究提出了一种全新的分子太阳热储存体系，基于邻位甲基三氟乙酮通过光环化生成苯并环丁醇的可逆异构反应。（图1C）在光环化过程中，通过引入三氟甲基修饰，不仅有效抑制副反应，还提高了产物的稳定性。此外，通过简单的有机碱催化，该体系实现了苯并环丁醇的电环开环回异构，显著加速了热能释放过程。研究者通过密度泛函理论（DFT）计算和实验验证，系统优化了反应条件，包括光照波长、温度以及溶剂选择等。通过对光环化效率和回异构化能量释放速率的综合考察，最终开发出一种兼具高储能密度（312 J/g）和良好循环性能的MOST体系。
图片来源：JACS
本研究首次提出了以三氟甲基为核心修饰的光环化与热回异构耦合体系，为分子太阳热储能提供了新方向。该体系不仅实现了>99%的高反应收率和材料回收率，还展现出优异的长期稳定性（室温下热半衰期超过5.5亿年），为安全储能和运输奠定了基础。通过与简单光化学装置和可重复利用的固载催化剂结合，该体系进一步实现了高效能量循环的技术可行性。相较于现有的四环烯体系，该方法在普通太阳光条件下表现出更高的适用性和热能释放可控性，为未来太阳能储存与利用设备的小型化与便携化提供了重要的理论和实践支撑。总体而言，这一研究不仅为MOST技术的发展开辟了新思路，也为实现清洁、可持续能源的利用迈出了重要一步。
标题：Photocyclization of Fluorinated Acetophenones Unlocks an Efficient Way to Solar Energy Storage
作者：Henning Maag , Matthias Schmitz , Alexander Sandvoß , Domenik Mundil , Abhilash Pedada , Felix Glaser , Christoph Kerzig , and Johannes M. Wahl*
链接：https://doi.org/10.1021/jacs.4c12249
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