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受全球化石能源过度消耗影响，能源紧缺、环境污染与气候变暖等问题日益凸显，加速能源体系向清洁低碳、绿色可持续转型，已成为全球共识与主流发展方向。为统筹长远发展，我国锚定“双碳”战略目标，将清洁能源规模化开发与高效储能技术革新，置于能源革命的核心关键地位。突破传统能源供给约束、推动可再生能源高效开发利用，已然成为当下能源领域亟待攻克的重大战略课题。

太阳能凭借储量充沛、全域分布、零碳排放等显著优势，是替代化石能源、优化能源结构的核心可再生能源。然而，太阳能固有的间歇性与波动性特征，严重制约其稳定并网与规模化应用，因此，实现光能高效捕获与电能稳定储能，是推动太阳能产业高质量发展、大范围普及利用的核心关键。分子太阳能热能（MOST）存储技术依托有机光敏分子的可逆光致异构化过程，可将太阳能直接转化为亚稳态异构体化学能并实现长效储存。偶氮类分子光开关兼具优异的可逆光响应特性与分子结构可调控优势，是构筑 MOST 体系的核心候选功能材料。现阶段传统偶氮光开关仍存在诸多应用短板，普遍存在光谱分离度不足、量子产率较低、储能密度与热稳定性难以兼顾等关键问题。与此同时，相关实验表明：含氧七元环偶氮苯分子虽可实现较高异构化储能，但其亚稳态结构易在室温条件下快速发生热回复，自发回归基态稳态构型，难以完成能量稳定存储，极大限制了高性能 MOST 功能分子的设计与实际应用。

为了找到实验上发现的含硫七元环偶氮苯分子（DBTD）可以用作 MOST 体系，而含氧七元环偶氮苯分子（DBOD）利用失败的原因，我们利用电子结构计算与非绝热分子动力学模拟将上述两种七元环偶氮类分子光开关在多方面进行对比研究，结合动能谱分析阐明了 DBOD 分子储能失效的微观机理，证实较低的热致异构化能垒、非绝热跃迁残留动能与振动能量优先分配至 N=N 键扭转模式等三方面的原因是驱动 E 构型快速热回复、导致储能失效的核心因素。基于上述机理，我们提出了氟取代修饰与低温环境调控的协同优化策略，设计了 DBOD 分子的新型全氟取代衍生物，在保留高异构化能的同时将 E→Z 热致异构化能垒提升至 79.3 kJ/mol ， 100 K 下完成 Z→E 光致异构化后可以较长时间保持 E 构型稳定，且量子产率达 26% ，高于 DBTD 分子的 Z→E 光致异构化量子产率，有效解决了含氧七元环偶氮类分子的储能失效问题。
 

相关研究工作已于近日在国际高水平期刊Journal of Chemical Physics正式发表。

Haozhe Hua, Jialei Huo, Jianzheng Ma, Di Zhao, Le Yu, Chenwei Jiang*, Fuli Li. Why dibenzo-[b,f][1,4,5]oxadiazepine fails for molecular solar thermal energy storage: mechanistic insights and a synergistic optimization strategy. Journal of Chemical Physics 164, 164302 (2026).