一种基于二硫化钼的织物湿发电材料、制备方法及其应用技术

本发明专利技术涉及一种基于二硫化钼的织物湿发电材料、制备方法及其应用。以二硫化钼为基础材料，采用水热方法制备原位生长MoS2碳化织物和MoS2基导电纤维素纤维织物，再经过两种织物叠加形成双电势层，使纺织品在湿润条件下以水分蒸发为驱动力，水分子在双导电层迁移产生电流，实现自发电，制备得到织物湿发电材料。本发明专利技术提供的织物湿发电材料，以金属为负极，将其封装后，应用于湿发电装置。本发明专利技术提供的织物湿发电材料，在纳米尺度构筑具有三维微通道结构的过渡金属二硫化物纳米材料，结构中保证了较大的导湿导电性能；同时，三维结构中存在的大量孔道缩短了离子传输距离，从而提高了发电性能，具有制备工艺简单、快捷，且产率较高的优点，有利于工业化生产及在柔性智能纺织领域的应用。应用。应用。

【技术实现步骤摘要】
一种基于二硫化钼的织物湿发电材料、制备方法及其应用


[0001]本专利技术涉及一种基于二硫化钼的纺织品实现自发电的织物湿发电材料、制备方法及其应用，属于材料制备及应用


技术介绍

[0002]采用生物质材料作为一种发电介质，开发具有可持续性、生物相容性和生物降解性，而且更加清洁的生物纳米发电机，有望从潮湿的空气中获得低成本、高效率的电能收集策略：可以方便地积累和存储电能，供小型、可穿戴电子设备使用；也可以通过一些生理过程来驱动生电。例如，植物蒸腾作用、人体呼吸作用，进而用于无源健康传感（例如呼吸频率和强度）等等。
[0003]这种生物基湿气发电器件具有简单、有效、可再生、成本低、生物相容高和可生物降解等诸多优点，在新能源、生物医学、微型可穿戴电子等领域具有潜在价值；而且，生物纳米纤维可以利用农林与渔业废弃物为原料制备，可以一定程度上解决能源短缺和环境污染问题，使生物质材料可以作为一种清洁能源得到有效的利用，充分发挥自身价值，非常符合当前社会对能源环境的发展要求。
[0004]近年来，过渡金属二硫化物（Transition
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Metal Dichalcogenides, TMDCs）二硫化钼（MoS2）作为一种新兴的纳米二维材料因其具有较大的比表面积、丰富的表面/边缘原子、多样的物理特性而在电化学能量储存与转化领域受到了广泛关注。此外，片层二硫化钼的范德华力使得过渡金属二硫化物纳米材料极易吸附于附着物上，从而可以转移其优异的性能。
[0005]在本专利技术作出之前，文献报道了一种通过液相剥离法制备二维二硫化钼纳米片，并利用真空抽滤的方法，将其沉积在纤维素纸上，植入金属电极，制备湿致发电薄膜，经测试，其功率输出可达40 μW/cm3（参见文献：D. He et al., Electricity generation from phase
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engineered flexible MoS
2 nanosheets under moisture. Nano Energy 2021, 81, 105630.）。然而，湿制发电设备的挑战在于发电功率，以及大面积制备的实际需求。

技术实现思路

[0006]本专利技术针对现有湿致发电技术在发电功率及大面积制备方面存在的不足，提供一种水电效率高，发电功率大、持续时间长，可大面积制备，且工艺简单、成本低廉的湿制发电柔性材料、制备方法及其应用。
[0007]实现本专利技术目的的技术方案是提供一种基于二硫化钼的织物湿发电材料的制备方法，包括以下步骤：（1）将蚕丝织物洗净烘干，在氩气氛围、温度为900～1500℃的条件下碳化处理90～180 min；将无水钼酸钠溶解于去离子水中，按无水钼酸钠与L
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半胱氨酸的摩尔比为1：2.5～1：3.0，将L
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半胱氨酸粉末加入到无水钼酸钠溶液中，充分溶解，得到混合溶液；将碳化处理后的蚕丝织物加入到混合溶液中，搅拌处理1～2 h，再置于高压反应釜中，在温度为
200～250℃，压力为1～4 Mpa的条件下反应102～4 h，经洗净，烘干，得到MoS2原位生长碳化织物；（2）按质量比15：1～18：1，将块状MoS2加入到正丁基锂溶液中，在氩气氛围、温度为60～80℃的条件下水浴剥离处理10～15 h，离心分离；采用正己烷洗净，将洗涤后得到的粉末按0.5～5 mg/mL分散于水中，超声分散处理1～2 h后，以2000～3000 r/min的转速离心分离，得到MoS2片层材料，再配置成0.01～0.03 M的MoS2水分散液；将纤维素纤维织物置于MoS2水分散液中浸绩处理10～60 min，经轧压保持带液率为80～120%，在温度为130～150 ℃的条件下烘焙3～15 min，再以2000～5000 r/min的转速旋涂聚丙烯酰胺溶液，烘干，得到MoS2基导电纤维素纤维织物；（3）将步骤(1)得到的MoS2原位生长碳化织物和步骤(2)得到的MoS2基导电纤维素纤维织物叠加，得到一种基于二硫化钼的织物湿发电材料。
[0008]本专利技术所述的一种基于二硫化钼的织物湿发电材料的制备方法，步骤（1）中，碳化处理后的蚕丝织物与混合溶液的质量比为1：30～1：80；步骤（2）中，纤维素纤维织物与MoS2水分散液的质量比为1：50～1:80。
[0009]本专利技术技术方案包括按上述制备方法得到的一种基于二硫化钼的织物湿发电材料。
[0010]本专利技术技术方案还提供一种基于二硫化钼的织物湿发电材料的应用，将其应用于制备湿发电装置；以金属为负极，MoS2原位生长碳化织物为正极，经封装，得到一种湿发电装置。
[0011]湿发电装置采用纺布和聚酰亚胺胶带对织物湿发电材料进行封装。
[0012]本专利技术的原理是：采用水热方法制备原位生长MoS2碳化织物和MoS2基导电棉织物，再经过两种织物叠加形成双电势层，使纺织品在湿润条件下以水分蒸发为驱动力，水分子在双导电层迁移产生电流，实现自发电。
[0013]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：1.本专利技术采用水热方法制备原位生长MoS2碳化织物和MoS2基导电棉织物，叠加后在纳米尺度构筑具有三维微通道结构的过渡金属二硫化物纳米材料，在该结构中，保证了较大的导湿导电性能；同时，三维结构中存在的大量孔道缩短了离子传输距离，从而提高了材料的发电性能。
[0014]2.本专利技术以二硫化钼基负载碳化丝织物及导电纤维素纤维织物，制成了功率输出达30 mW/cm2的水致发电器件；采用二硫化钼复合全柔性的纺织品，可大面积制备。
[0015]3.本专利技术技术方案具有制备工艺简单、快捷，且产率较高的特点，有利于工业化生产及在柔性智能纺织领域的应用。
附图说明
[0016]图1为本专利技术实施例1提供的MoS2原位生长碳化织物的蚕丝纤维的扫描电镜图；图2为本专利技术实施例1提供的MoS2基导电纤维素纤维织物的棉纤维扫描电镜图；图3为本专利技术实施例1提供的湿发电装置的结构示意图。
[0017]图中，1.无纺布；2.原位生长MoS2碳化蚕丝；3.MoS2导电棉织物；4.铝电极；5.聚酰亚胺。
具体实施例
[0018]下面结合附图和具体实施例对本专利技术技术方案作进一步的描述。
[0019]实施例1取2.5 g蚕丝织物洗净烘干，放置在管式炉中并通入氩气排干净空气，在温度为1250 ℃的条件下碳化处理180 min；准确称取0.3 g无水钼酸钠和0.8 g L
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半胱氨酸，加入到100ml去离子水中，配置成混合溶液；将面积为4*10 cm2碳化后的蚕丝织物放入到配置的混合溶液中，织物与混合溶液的质量比为1：60，充分搅拌，再转移至聚四氟乙烯高压反应釜中，在温度为200 ℃、压力为3 Mpa的条件下反应10 h；将反应后的产物进行充分洗净，烘干，得到原位生长MoS2碳化丝织物。
[0020]参见附图1，为本实施例制备的原位生长MoS2碳化丝织物中蚕丝的扫描电镜图：图1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于二硫化钼的织物湿发电材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：（1）将蚕丝织物洗净烘干，在氩气氛围、温度为900～1500℃的条件下碳化处理90～180 min；将无水钼酸钠溶解于去离子水中，按无水钼酸钠与L
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半胱氨酸的摩尔比为1：2.5～1：3.0，将L
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半胱氨酸粉末加入到无水钼酸钠溶液中，充分溶解，得到混合溶液；将碳化处理后的蚕丝织物加入到混合溶液中，搅拌处理1～2 h，再置于高压反应釜中，在温度为200～250℃，压力为1～4 Mpa的条件下反应10～24 h，经洗净，烘干，得到MoS2原位生长碳化织物；（2）按质量比15：1～18：1，将块状MoS2加入到正丁基锂溶液中，在氩气氛围、温度为60~80℃的条件下水浴剥离处理10～15 h，离心分离；采用正己烷洗净，将洗涤后得到的粉末按0.5～5 mg/mL分散于水中，超声分散处理1～2 h后，以2000～3000 r/min的转速离心分离，得到MoS2片层材料，再配置成0.01～0.03M的MoS2水分散液；将纤维素纤维织物置于MoS2水分散液中浸绩处理10～60 min，经...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑敏，曹元鸣，郑蜜，王作山，
申请(专利权)人：苏州美纳福健康科技有限公司，
类型：发明
国别省市：