本论文以山西大学高建明教授团队研究成果及国家自然科学基金等资助，文章研究以煤灰为原料，采用矿相活化和酸刻蚀两步法合成了一种介孔硅基材料，工艺简单且能耗低。以聚乙二醇（PEG）为相变材料，通过真空浸渍法制备了定形复合相变材料。利用扫描电子显微镜（SEM）、傅立叶变换红外光谱（FT-IR）、X射线衍射仪（XRD）、热重（TG）对所制备的材料成分、形貌和热性能等进行了表征。BET测试表明这种介孔硅基材料比表面积可达492 m2/g，孔容为0.42 cm3/g。复合相变材料在105°C下仍旧能保持固体形状，PEG4000的最大质量负载量为61.69%，熔融相变焓为57 J/g。实验表明所制备的定形复合相变材料具备良好的储热性能和热稳定性能，粉煤灰基复合相变材料是一种很有潜力的绿色环保的热能储存材料。

  近年来，由于能源危机和环境恶化，中国提出了碳达峰碳中和(“双碳”)战略行动计划，控制一次能源总量消耗，同时积极推进可再生能源开发应用技术。传统能源的利用方式会产生大量废热，而新能源在能源转化和转移过程中往往伴随着热能的浪费，导致我国能源消耗量和能源转化率失衡。热能储存（Thermal energy storage，TES）可以实现能量需求平衡和多时空供热，提高能源系统热量利用效率同时缓解能源危机，因而被认为是未来能源供应的关键技术。其中，基于固液相变材料 (Phase change material，PCM) 的潜热储能通过反相转化来可逆储存和释放大量热能，储放热过程近似恒温且易控制，因而最具实际应用前景，但相变过程中的泄露问题阻碍了其实际应用。

  将相变材料封装到多孔载体中被证明是解决相变过程中泄露的有效措施，获得的形状稳定的复合相变材料（shape stabilized phase change material，SSPCM）有较好的化学稳定性和热力学稳定性，可用于建筑节能、太阳能存储，余热回收[14]和服装制造。多孔硅基材料具有出色的孔结构性能，可以作为封装相变材料的理想载体，防止相变过程中PCMs泄漏并作为支撑骨架提高热导率。近来铝硅酸盐矿物经酸刻蚀制备的介孔硅基材料被认为是一种有潜力的相变材料载体。高岭石、硅藻土、蛭石等矿物富含硅铝元素，且具有天然孔道，可替代多孔硅基材料，通过酸刻蚀来进一步提高孔隙率以改善相变材料负载容量。

  粉煤灰是一种富含硅铝的廉价原材料，用于制备多孔硅基材料具有可行性。Wang[25]等报道了K2CO3改性粉煤灰生成KAlSiO4作为高温化学惰性支撑材料，并和K2CO3通过球磨混合-压制合成SSPCM，K2CO3最高负载率可达到55%，熔融相变焓为101.3 J/g,在885.3-847.8°C温度范围内维持固态，在150次热循环实验中表现出良好的循环稳定性。粉煤灰中惰性莫来石晶相存在使得简单处理得到的孔结构性能较差，为进一步提高孔隙率，通过多级酸浸/碱浸提取硅作为传统溶胶凝胶制备工艺的起始硅源，造成工艺繁琐而不适用于大规模工业生产[3,27]。因此，本研究提出一种以粉煤灰为原料，采用矿相活化-酸刻蚀简单工艺可制备得到介孔硅材料，以聚乙二醇PEG为相变材料，通过真空浸渍制备不同负载量的定形复合相变材料，并系统地研究了所得复合相变材料的形貌、化学结构、热物理性能和储放热过程。

  （1）粉煤灰经矿相转变-酸刻蚀方法合成了一种新型的具有墨水瓶形的介孔二氧化硅材料（SiO2含量91%），比表面积可达492 m2/g，孔容为0.42 cm3/g，平均孔径为3.62 nm。

  （2）化学惰性载体与PEG间有良好的化学相容性，可用于制备新型复合相变材料；载体和PEG通过物理作用结合，保持稳定形状而不泄露。墨水瓶形介孔材料对PEG的最大吸附量为61.9%。定形复合相变材料的相变温度范围为34～56℃，熔融相变焓值为57 J/g，可应用于太阳能储存、建筑空调系统和地热能等方面保温隔热领域。

  （3）定形复合相变材料SSPCM3（PEG含量61.69%）拥有非常良好的热循环稳定性，经20次热循环后化学结构稳定，红外与热重曲线变化不明显。相比于纯PEG，复合相变材料的热能储存时间缩短了51.4%，硅基载体可以提高导热速率，凭借其低成本以及固体废物再利用和易于加工的特点，可当作一种有潜力的多孔相变载体。