《Bioresource Technology》：All-biomass-based beeswax/copper-loaded reed-derived porous carbon composite phase change materials for efficient solar photothermal conversion and thermal storage
编辑推荐：
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使用芦苇秸秆和天然蜂蜡的双生物质CPCM用于热存储。
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协同孔隙限制和吸附作用可完全防止
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使用芦苇秸秆和天然蜂蜡的双生物质CPCM用于热存储。
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协同孔隙限制和吸附作用可完全防止熔融蜂蜡泄漏。
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经过200次循环后仍能保持99.08%的潜热，并具有出色的结构稳定性。
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通过碳吸收和Cu LSPR效应实现了92.33%的光热转换效率。
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Cu纳米颗粒与多孔碳协同作用，使导电性提高了246.5%。
引言
随着全球经济和社会的快速发展，能源需求持续增长，化石能源的消耗也在加剧（Wu et al., 2025）。作为一种可再生和清洁的能源，太阳能被认为是替代化石燃料的有希望的选择。然而，太阳辐射存在显著的间歇性、波动性以及供需不匹配的问题（Liu et al., 2026）。因此，开发高效的热能存储和转换技术是解决这些问题的有效途径（Xie et al., 2026）。相变储能技术通过相变材料的相变来储存和释放太阳能，具有高能量存储密度和恒定输出温度等优点（Li et al., 2026）。它有助于提高可再生能源的利用效率。有机相变材料在建筑节能、太阳能热发电和电子设备的热管理等领域展现出广阔的应用前景（Song et al., 2026）。
其中，基于石蜡的相变材料由于具有稳定的能量存储密度、可控的温度范围和成熟的工业供应，是目前研究最广和应用最广泛的有机基质（Xiao et al., 2026）。然而，石蜡是石油精炼的副产品，属于不可再生的化石资源，且生物降解性较差，对环境有负面影响。相比之下，蜂蜡（BW）是一种由蜜蜂分泌的天然生物质基有机蜡，完全来自生物合成过程，具有完全可生物降解、无毒、无异味以及不会刺激皮肤或呼吸系统等环保特性（Rathore et al., 2023）。最近的研究表明，蜂蜡因其高能量存储密度和高生物安全性而受到越来越多的关注。然而，纯蜂蜡存在导热性低、光响应能力差以及在熔融状态下容易泄漏等缺点（Rashid and Al-Obaidi, 2023），这需要通过孔隙支撑加载和功能改性来优化其性能。现有研究广泛使用基于碳的材料，如膨胀石墨（Nguyen et al., 2026）、碳纳米管（Wang et al., 2026）和生物质衍生的多孔碳（Wu et al., 2026）来改性和封装相变材料。
近年来，利用农业和林业生物质废弃物制备多孔碳成为生物资源技术的热门研究方向。生物质衍生的多孔碳具有原材料来源广泛和成本低廉的优势（M. Chen et al., 2026）。同时，由于其高比表面积和层次化的多孔结构，它成为相变材料的理想吸附支撑材料（Zhu et al., 2026）。Show等人（Show et al., 2026）使用大蒜皮衍生的碳作为OM35的吸附支撑材料，制备的CPCM热导率达到0.475?W·m?1·K?1。Guo等人（Guo et al., 2025）使用玉米秸秆制备生物炭来负载肉豆蔻酸，使得制备的CPCM热导率提高到了0.533?W·m?1·K?1。此外，芦苇作为一种遍布全球湿地和湖泊周围的农业和林业废弃物，每年会产生大量秸秆，这些秸秆通常通过直接焚烧处理，不仅造成环境污染，还导致生物质资源的浪费。芦苇秸秆中的纤维素和半纤维素含量高于大多数水果皮基生物质，其天然纤维骨架结构也使其作为多孔储能支撑材料具有明显优势。
目前关于蜂蜡基相变材料的研究主要集中在抑制泄漏和提高导热性方面（Dong et al., 2026）。单一生物质支撑材料的导热性和光热转换效果提升有限，而关于金属负载的生物质碳在光热转换和形状稳定性方面的协同增强作用系统的研究还很缺乏。此外，大多数报道的金属/生物炭复合材料使用石油基石蜡作为相变基质，仅在支撑材料层面实现了生物质替代，未能形成完全绿色的全生物质能源存储闭环。此外，大多数现有的生物炭改性研究是通过机械混合方式加载纳米颗粒（Mo et al., 2026），这种方法通常成本较高，容易在循环过程中发生团聚和脱落，限制了材料的长期使用性能和大规模应用（Han et al., 2026a）。
为了解决这些问题，本研究使用芦苇秸秆这种典型的农业和林业废弃物，通过高温碳化制备了BPC（生物基多孔碳）。通过化学还原法，Cu纳米颗粒均匀负载在BPC上，既起到了光热增强作用，也提升了导热性。进一步采用真空渗透法将蜂蜡浸渍到其中，制备出一种新型的高性能生物质基复合材料。结果显示，制备的CPCM具有多重优异性能，包括高的光热转换效率、出色的循环耐久性和高导热性。本研究系统阐明了多孔结构的泄漏抑制机制、BPC与Cu纳米颗粒的协同导热机制以及光热转换增强效果，为生物质资源的高值利用和高效太阳能光热储能材料的发展提供了理论和技术支持，并对促进太阳能和生物质能源的协同利用以及减少环境污染具有重要的参考价值。
章节片段
原材料
芦苇秸秆采集自中国山东省济南市的湿地。天然蜂蜡（化学级，CP）购自中国国药集团化学试剂有限公司。亚磷酸氢钠（AR，≥99.0%）、酒石酸钠（AR，≥99.0%）、硼酸（分析级，AR，≥99.5%）和氯化铜二水合物（AR，≥99.0%）均购自中国国药集团化学试剂有限公司；无水乙醇（≥99.7%）则来自郑州利延仪器有限公司。去离子水
CPCM的制备
称取质量相等的四组蜂蜡，在80?°C的烤箱中加热2?小时使其熔化。然后将BPC-Cu以8.0?wt%、10.0?wt%、12.0?wt%和14.0?wt%的质量分数加入装有蜂蜡的烧杯中。在80?°C下用玻璃棒持续搅拌30?分钟，使蜂蜡渗透到BPC-Cu的孔隙中。之后，将这四组烧杯放入真空干燥箱中并在真空环境下保存
微观结构和形态分析
通过扫描电子显微镜（SEM）对材料的微观形态和微观结构进行了表征。如图2(b和c所示，纯蜂蜡基体具有均匀的质地，没有规则的孔道或骨架相，仅在自然固化过程中形成了轻微的波动皱纹，这反映了有机相变材料的典型密集和非多孔特性。如图2(e和f所示，芦苇秸秆转化为了类似蜂窝的多孔碳
结论
本研究采用芦苇秸秆作为原料，通过高温碳化、无电镀铜和真空渗透工艺成功制备了一种生物质基CPCM。系统研究了支撑材料含量对材料结构和性能的调控机制。结果表明，层次化多孔结构的限制效应和界面吸附作用可以有效抑制
作者贡献声明
韩俊峰：写作 – 审稿与编辑，原始稿撰写，正式分析。 庞庆勇：项目管理，方法论研究。 李启航：可视化处理，验证工作。 杨凯：监督，软件开发。 刘立强：写作 – 审稿与编辑，验证工作。 马福坤：写作 – 审稿与编辑，实验研究。
资助
中国济南绿色建筑材料与可再生能源研究重点实验室
H. Chen et al., 2026, Wang et al., 2026a, Wang et al., 2026b, Wang et al., 2026c, Wang et al., 2026d.
作者声明他们没有已知的可能会影响本文研究的财务利益或个人关系。
致谢
作者感谢济南绿色建筑材料与可再生能源研究重点实验室的财务支持。
Junfeng Han|Qing yong Pang|Qihang Li|Ke Yang|Liqiang Liu|Fukun Ma
