本发明专利技术制造了一种基于碳材料表面功能修饰的蒸发诱导电池。旨在通过修饰定性滤纸毛细管通道的Zeta电位，改变进入孔道中的抗衡离子，进而改变输出电压电流。本发明专利技术首次利用具有高Zeta电位的MOF材料和PEI修饰碳材料表面电位，形成了新型的碳材料表面功能修饰的蒸发诱导电池，为日后蒸发诱导产电电池的改性提供了新的研究思路。了新的研究思路。
【技术实现步骤摘要】
基于碳材料表面功能修饰的蒸发诱导电池
[0001]本专利技术涉及一种基于碳材料表面功能修饰的蒸发诱导电池。
技术介绍
[0002]能源问题已经成为当今世界三大问题之一。由于化石能源的使用引起的环境污染、资源紧缺等问题已经引起了越来越多的关注。目前人类社会对能源的需求并不仅仅是量的增涨，同时对能源的多样化也提出了更高的要求，因此越来越多的清洁能源被发掘出来以满足人们对能源的新要求。在众多清洁中利用环境能转换的技术被认为是很有发展前景的一类新型能源，像太阳能电池、热电电池、压电纳米电池和摩擦纳米液等，然而这些电能的产生往往需要外部能量的刺激像阳光、热梯度、压力梯度等，这些往往会造成能量的损失。近年来，一种利用自然界蒸发诱导产电的研究，由于其具有输出电压稳定、持续产电时间长、无需能量输入等优点，具有广阔的应用前景。
[0003]蒸发诱导产电是由于水分子通过具有带电表面的材料形成的狭窄毛细管通道时，在毛细作用力和水蒸发的驱动下，毛细管通道内双电层(EDL)中带相反电荷的抗衡离子与水分子一起共同移动，从而导致电位差及产生电流。其中EDL在产电过程中起到了非常重要的作用，如果可以改变EDL的Zeta电位，就可以引起不同的抗衡离子进入EDL中从而引起相反的电位差，进而改变电压及电流的方向。
[0004]依托以上研究分析，该基于碳材料表面功能修饰的蒸发诱导电池通过用聚合物修饰碳材料表面官能团，实现了毛细管通道的Zeta电位大小及方向的变化，同时也实现了电压电流大小及方向的改变。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的在于通过修饰定性滤纸毛细管通道的Zeta电位，改变进入孔道中的抗衡离子，进而改变输出电压电流。首次利用具有高Zeta电位的MOF材料修饰碳材料表面，形成了新型的碳材料表面功能修饰的蒸发诱导电池，为日后蒸发诱导产电电池的改性提供了新的研究思路。
[0006]本专利技术采用以下技术方案：
[0007]一种基于碳材料表面功能修饰的蒸发诱导电池的制备及测试方法，包括如下步骤：
[0008](1)将定性滤纸(FP)进行预处理。将滤纸剪至所需要的形状，将其置于70℃的去离子水中，2h后取出让其自然风干；
[0009](2)阴离子型科琴黑(KB)滤纸(FP)即KB
‑
FP的制备。用阴离子型表面活性剂和KB配置一定浓度的KB悬浊液，将步骤(1)预处理过的定性滤纸分两次浸泡在阴离子型KB悬浊液中，一定时间后将其取出并在80℃的烘箱下干燥固定30min；
[0010](3)聚乙烯亚胺(PEI)修饰即PEI
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KB
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FP的制备。配置一定浓度的PEI水溶液，将上述步骤(2)所制备的阴离子型KB
‑
FP浸泡在PEI水溶液中，水浴70℃下反应2h，接着用70℃的
去离子水清洗未反应的PEI，最后将其置于80℃的烘箱下干燥30min；
[0011](4)MOF801修饰PEI
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KB
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FP即MOF801
‑
PEI
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KB
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FP的制备。配置一定浓度的MOF801水溶液，将上述步骤(3)所制备的PEI
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KB
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FP与MOF801水溶液置于100ml的高压反应釜中，在100℃下反应2h，待反应完成后将其置于80℃的烘箱下干燥30min；
[0012](5)用银丝制作电池两端电极；
[0013](6)蒸发诱导电池产电性能测试。将修饰后的滤纸部分浸泡在0.6mol/L的NaCl溶液中，并用电化学工作站记录其电压及电流变化；
[0014]步骤(1)中将直径为90mm厚度为0.1mm的FP剪为10mm
×
50mm
×
0.1mm的长方形样式，用70℃的去离子水浸没过FP。
[0015]步骤(2)中所用的阴离子型表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠(SDBS)。
[0016]步骤(2)中阴离子型KB悬浊液制备，取SDBS(0.8g)，KB(0.4g)，H2O(40ml)。
[0017]步骤(2)中浸泡方式为将步骤(1)处理过的PF浸泡在阴离子KB悬浊液中5min，取出并在80℃烘箱中干燥后，继续置于阴离子KB悬浊液中24h，取出后在80℃的烘箱下干燥30min。
[0018]步骤(3)中所用的PEI分子量为600，浓度为0.05wt％。
[0019]步骤(4)中所用的MOF801水溶液制备，将MOF801(0.03g)置于H2O(60ml)中，在磁力搅拌器中搅拌30min，使其形成均一的悬浊液。
[0020]步骤(5)中电极在产电电池边缘5mm处。
[0021]本专利技术具有以下优势：
[0022](1)本专利技术首次提出用高Zeta电位、吸水性能强的MOF801材料修饰碳材料覆盖的毛细管通道，形成具有高Zeta电位的离子选择通道，提高了蒸发诱导产电电池的产电效率。
[0023](2)本专利技术可满足恶劣环境下小型用电器的发电需求，通过利用自然界常见的蒸发能产电，做到了无额外动能输入、无污染产生。
[0024](3)本专利技术中选用定性滤纸作为发电功能区的载体，定性滤纸中致密的孔道很大程度上增加了毛细作用在产电中的贡献。
[0025](4)本专利技术所电池发电功能区的制备工艺简单，所用原料简便易得，对设备的要求较低，应用形式多样化，结构受限更少，在工业化应用中具有广泛的前景。
附图说明
[0026]图1 KB
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SDBS，PEI
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KB，MOF801
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PEI
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KB的Zeta电位对比图；
[0027]图2 KB
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FP，PEI
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KB
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FP，MOF801
‑
PEI
‑
KB
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FP的开路电压对比图；
具体实施方式
[0028]下面通过具体实施例对本专利技术进行进一步的阐述，但并非对本专利技术保护范围的限制，在本专利技术的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本专利技术的保护范围以内。
[0029]实施例1 MOF801的制备，具体步骤如下：
[0030](1)将2.03g(17.5mmol)富马酸和5.6g(17.5mmol)ZrOCl2·
8H2O溶解在DMF和甲酸的混合溶剂中(分别为70L和24.5mL)。然后将混合物放置在内衬为聚四氟乙烯高压反应釜
中，130℃加热6h。
[0031](2)通过微孔过滤膜(孔径为45μm)真空过滤装置收集产物，用60mL的DMF洗涤3次，用40mL甲醇洗涤3次，并在空气中干燥。
[0032](3)将上述MOF样品放置在15kPa的真空干燥箱中于150℃干燥24h。
...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于碳材料表面功能修饰的蒸发诱导电池，包括如下操步骤：(1)将定性滤纸(FP)进行预处理，将滤纸剪至所需要的形状，将其置于去离子水中进行预处理后烘干。(2)阴离子型科琴黑(KB)滤纸(FP)即KB
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FP的制备，用阴离子型表面活性剂和KB配置一定浓度的KB悬浊液，将步骤(1)预处理过的定性滤纸分两次浸泡在阴离子型KB悬浊液中，一定时间后将其取出并在80℃的烘箱下干燥固定30min；(3)聚乙烯亚胺(PEI)修饰即PEI
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KB
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FP的制备。配置一定浓度的PEI水溶液，将上述步骤(2)所制备的阴离子型KB
‑
FP浸泡在PEI水溶液中，水浴70℃下反应2h，接着用70℃的去离子水清洗未反应的PEI，最后将其置于80℃的烘箱下干燥30min；(4)MOF801修饰PEI
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KB
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FP即MOF801
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PEI
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KB
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FP的制备，配置一定浓度的MOF801水溶液，将上述步骤(3)所制备的PEI
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KB
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【专利技术属性】
技术研发人员：刘宪华，李璟玉，李赟雪，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
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