对非食用淀粉等天然高分子高值化利用有助“双碳”战略目标达成和解决石油基聚合物导致的环境污染和能源危机等问题。淀粉气凝胶可以糊化、冻干等制备方式对其颗粒织态进行破坏，获具低成本和密度、大比表面积、高孔隙率三维多孔结构，应用价值高。但化学未交联淀粉气凝胶抗极性溶剂性能差，且其多孔结构易塌缩导致难有效调控其微观结构。为克服上述问题，华南理工大学张水洞课题组采用热塑加工（挤出和密炼等）提高界面反应形成盐桥和可逆动态键的效率，制备微观形态可控和超高强度（>80MPa）的淀粉气凝胶，并展示原位光降解和光-热-电高效转化的性能，在环境污染和可持续能源领域具潜在应用价值。

  随后，该课题组进一步利用结构可控的羧基淀粉、环氧化天然橡胶和羧基化碳纳米管通过热塑界面反应制备淀粉vitrimers^[3]。进而采用溶胀及冷冻干燥，获得孔径高达152.9 μm全通孔的淀粉vitrimers气凝胶(有助于高效填充相变材料)，经过4次反复热塑加工，该气凝胶强度仍具44MPa。以PEG为负载相变材料的淀粉vitrimers气凝胶基相变复合材料（PCC）压缩强度高达85.8 MPa。羧基淀粉vitrimers气凝胶与PEG形成较强的氢键作用力，从而获得优异的抗泄露性能。当羧基化碳纳米管含量仅为0.8%，将PCC与温差发电片组装的光-热-电（STE）发电机能在-10 °C和10 mW cm^-2光强条件下，能在300秒内产生20 °C、325 mV输出电压和45 mA电流等能量,并且保持稳定的能量输出，从而为寒冷地区自供热和自供电提供新策略。该研究工作以“Ultrastrong and reusable solar?thermal?electric generators by economical starch vitrimers”为题，发表在《Small》杂志上。 

图 2. (a) MEC和PCC制备过程和反复热塑加工性能。

 图 3. (a) STE发电机示意图及光热转化性能。

  基于CNNT在高直径的通孔淀粉气凝胶开孔壁上的有序分布，PCC对自然光具有超宽波长范围的吸收，从而能实现高效的光-热-电转化效率，能产出高达102.4°C及其对应的电压和电流(辐照光强度为200 mW cm^-2)，优于已有文献报道。当外界温度越低，其产热和产电能力能获得提升。

  参考文献

  [1] Li X., Gao, B., Zhang, S*. Carbohyd. Polym., 10.1016/j.carbpol.2022.120107.

  [2] Gao, B.; Zhang, C.; Chen, Y.; Zhang, S*. Carbohyd. Polym., 10.1016/j.carbpol.2023.121342.

  [3] Gao, B.; Ku, H; Chen, Y.; Zhang, S*. Small. 10.1002/smll.202401706.

  https://doi.org/10.1002/smll.202401706