离子整流器件及其制备方法技术

本发明专利技术涉及离子整流器件及其制备方法。本发明专利技术的离子整流器件包括聚吡咯/氧化石墨烯复合薄膜，所述聚吡咯分布在所述聚吡咯/氧化石墨烯复合薄膜的一侧表面及层间，所述聚吡咯/氧化石墨烯复合薄膜的表面及层间具有羧基、羟基官能团。本发明专利技术的离子整流器件制备工艺简单、成本低、离子整流比高，可进一步应用于离子定向输运以及盐差发电等领域。

Ion rectifying device and its preparation

【技术实现步骤摘要】
离子整流器件及其制备方法
本专利技术涉及生物离子通道仿生领域。
技术介绍
自然界中的生物体内都存在着各种各样的生物离子通道，这些生物离子通道是具有特殊功能的跨膜蛋白质。由于生物体内的离子无法通过磷脂双分子层，只能通过跨膜蛋白质，所以生物离子通道在物质传输、能量交换以及信息传递等各种维持生命体的生命活动中起到至关重要的作用。生物离子通道的一个重要特征是能够使离子优先从离子通道的一侧向另外一侧定向传输，表现出离子整流特性。通过学习生物离子通道的性质和特征，采用多种物理和化学方法可以制备出具有生物离子通道特征的人工离子整流器件。但大多数的制备方法复杂且成本高，因此，制备方法简便的人工离子整流器件及其制备方法具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术人等为了解决现有技术存在的问题，经过深入研究后发现，本专利技术的离子整流器件操作简单、成本低，从而完成了本专利技术。本专利技术包括下述的构成。本专利技术的一方面提供一种离子整流器件，其包括聚吡咯/氧化石墨烯复合薄膜，所述聚吡咯分布在所述聚吡咯/氧化石墨烯复合薄膜的一侧表面及层间，所述聚吡咯/氧化石墨烯复合薄膜的表面及层间具有羧基、羟基官能团。本专利技术的另一方面提供一种聚吡咯/氧化石墨烯复合薄膜的制备方法，其包括下述工序：氧化石墨烯薄膜制备工序：利用真空抽滤将氧化石墨烯纳米片层堆积成致密的氧化石墨烯薄膜的工序；聚吡咯/氧化石墨烯复合薄膜制备工序：利用气相沉积使吡咯单体在前述氧化石墨烯薄膜制备工序制备得到的氧化石墨烯薄膜的一侧进行氧化聚合，使得所述氧化石墨烯薄膜的一侧表面及层间沉积聚吡咯；离子整流器件的构建：离子整流器件的构建：将所述聚吡咯/氧化石墨烯复合薄膜置于双室电解池中，加入电解液及两个电极并电连接，构建成离子整流器件。本专利技术的离子整流器件具有离子整流特性，这里的“离子整流特性”是指，在相同数值下的正电压、负电压下获得的电流值大小不同的特性，电流值的差距越大，整流特性越强。本专利技术的离子整流器件呈现出类似于二极管的整流性质，分析其原因可能在于：聚吡咯/氧化石墨烯复合薄膜中有聚吡咯的一侧为小孔端，另一侧为大孔端，孔道表面带有负电荷，对阳离子具有选择通过性。当对沉积有聚吡咯的一侧膜施加正电压时，阳离子由于静电作用易于通过孔道，形成离子富集区域，离子电流大；反之，当对沉积有聚吡咯的一侧膜施加负电压时，阳离子不易通过孔道，形成离子耗散区域，离子电流小本专利技术的离子整流器件结构简单，离子整流比高等优点，可进一步应用于离子定向输运以及盐差发电等领域。本专利技术的离子整流器件的制备方法工艺简单、成本低。附图说明图1是本专利技术的一个实施方式的离子整流器件的装置图。图2是本专利技术的一个实施例制备的聚吡咯/氧化石墨烯复合薄膜的表面的环境扫描电镜图。图3是本专利技术的一个实施例制备的聚吡咯/氧化石墨烯复合薄膜的横截面的环境扫描电镜图。图4是本专利技术的一个实施例制备的氧化石墨烯薄膜和聚吡咯/氧化石墨烯复合薄膜两侧的静态水接触角图。图5是本专利技术的一个实施例制备的离子整流器件在1mmol/L电解液中测试得到的电流-电压曲线图。附图标记说明1:KCl电解质溶液、2：Ag/AgCl电极、3：聚吡咯/氧化石墨烯复合薄膜、双室电解池4具体实施方式现详细说明本专利技术的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本专利技术的限制，而应理解为是对本专利技术的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。应理解本专利技术中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本专利技术。另外，对于本专利技术中的数值范围，应理解为具体公开了该范围的上限和下限以及它们之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本专利技术内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本专利技术所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本专利技术仅描述了优选的方法和材料，但是在本专利技术的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。除非另有说明，否则“％”为基于重量的百分数。[离子整流器件]本专利技术的离子整流器件包括聚吡咯/氧化石墨烯复合薄膜，所述聚吡咯分布在所述聚吡咯/氧化石墨烯复合薄膜的一侧表面及层间，所述聚吡咯/氧化石墨烯复合薄膜的表面及层间具有羧基、羟基官能团。前述的聚吡咯分布在聚吡咯/氧化石墨烯复合薄膜的一侧表面及层间是指，在聚吡咯/氧化石墨烯复合薄膜的一侧表面及层间，聚吡咯偏在地存在。作为偏在的一种方式，例如，从存在聚吡咯的一侧表面开始到聚吡咯/氧化石墨烯复合薄膜的另一侧，聚吡咯的浓度逐渐降低。在另一中实施方式中，例如，以聚吡咯在一侧表面的浓度为最大浓度时，聚吡咯在层间的浓度逐渐降低，在聚吡咯/氧化石墨烯复合薄膜的厚度一半的位置，聚吡咯的浓度降低到零。本专利技术的离子整流器件中所包含的聚吡咯/氧化石墨烯复合薄膜的厚度为5～500μm，优选为5～200μm，更优选为10～50μm。本专利技术的离子整流器件中所包含的聚吡咯/氧化石墨烯复合薄膜中，在该复合薄膜的表面及层间具有羧基、羟基官能团。前述羧基、羟基官能团是由氧化石墨烯所带来的。前述氧化石墨烯是通过将石墨烯氧化获得。在氧化过程中使得石墨烯具有羧基、羟基官能化而具有羧基、羟基官能团。本专利技术的离子整流器件中，其还包含电解池、电解液以及两个电极等其他部件。对于电解池、电解液以及电极的选择，没有任何限定，本领域技术人员能够根据需要进行选择。前述的两个电极优选为Ag/AgCl电极。前述电解液可以列举出例如KCl溶液、K2SO4溶液等常用的电解液，没有特别的限定，优选为浓度1～100mM的KCl电解液，更优选为浓度5～50mM的KCl电解液。作为本专利技术的离子整流器件的一个实施方式，如附图1所示，其包括聚吡咯/氧化石墨烯复合薄膜3、双室电解池4、KCl电解质溶液1、两个Ag/AgCl电极2。其中前述氧化石墨烯薄膜表面及层间具有羧基和羟基官能团。[离子整流器件的制备方法]本专利技术的离子整流器件的制备方法包括下述工序：氧化石墨烯薄膜制备工序：利用真空抽滤将氧化石墨烯纳米片层堆积成致密的氧化石墨烯薄膜的工序；聚吡咯/氧化石墨烯复合薄膜制备工序：利用气相沉积使吡咯单体在前述氧化石墨烯薄膜制备工序制备得到的氧化石墨烯薄膜的一侧进行聚合，使得所述氧化石墨烯薄膜的一侧表面及层间沉积聚吡咯；离子整流器件的构建：将所述聚吡咯/氧化石墨烯复合薄膜置于双室电解池中，加入电解液及两个电极并电连接，构建成离子整流器件。前述聚吡咯/氧化石墨烯复合薄膜的厚度大约为5～500μm。作为本专利技术的离子整流器件的制备方法的一个实施方式，可以列举出下述的制备方法：将单层氧化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种离子整流器件，其包括聚吡咯/氧化石墨烯复合薄膜，所述聚吡咯分布在所述聚吡咯/氧化石墨烯复合薄膜的一侧表面及层间，所述聚吡咯/氧化石墨烯复合薄膜的表面及层间具有羧基、羟基官能团。/n

【技术特征摘要】
1.一种离子整流器件，其包括聚吡咯/氧化石墨烯复合薄膜，所述聚吡咯分布在所述聚吡咯/氧化石墨烯复合薄膜的一侧表面及层间，所述聚吡咯/氧化石墨烯复合薄膜的表面及层间具有羧基、羟基官能团。


2.根据权利要求1所述的离子整流器件，其中，所述聚吡咯/氧化石墨烯复合薄膜的厚度为5～500μm。


3.根据权利要求1或2所述的离子整流器件，其还包含电解池、电解液以及两个电极。


4.根据权利要求3所述的离子整流器件，其中，所述的两个电极为Ag/AgCl电极。


5.根据权利要求3所述的离子整流器件，其中，所述电解液为浓度1～100mM的KCl电解液。


6.一种权利要求1～5的任一项所述的离...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘兆阅，落日凤，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11