【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于限域空间材料制备领域，尤其涉及一种可调控液体分子结构的一体化限域空间材料、制法及应用。
技术介绍
1、水资源短缺、清洁能源和环境污染等全球性问题需要先进的技术解决方案。传统的基于热能和压力驱动膜净水技术，需要消耗大量的电能和热能，并且需要配备复杂的基础设施。界面蒸发被视为一种具有前景的变革性工业技术，如利用太阳能，可以同时收获清洁和丰富的太阳能，并缓解淡水短缺。但固有的水蒸发能量需求(>40kj mol-1)限制了太阳能水蒸发产生速率，在一个太阳光照射下水蒸发速率小于1.47kg m-2h-1。因此为实现高效水蒸发，需要在提高蒸汽产率和能源效率方面进行了开创性探索。
2、近年来，纳米限域空间的研究越来越多，其是利用纳米孔限域空间带来的一些纳米限域效应，引起物质固有性质的转变，进而实现独特的功能应用。例如在一维纳米管限域空间内，水的粘度、溶剂化、润湿性以及相变焓都会相应的发生变化。具体地，在二维石墨烯限域空间内，限域水分子的介电常数从体相水的80降低到仅有2左右。在纳米限域催化方面，当催化反应发生在纳米限域空间时，催化体系的原有性质，如传质过程、电子转移方式、物质间相互作用方式等会发生变化，从而改变催化反应动力学和热力学。因此，限域材料为解决当下难题提供了新的可能。
3、然而现有的限域材料技术主要通过石墨烯、沸石、碳纳米管等多孔复合材料构建孔道曲折错乱的限域空间，以及采用复杂的设备处理技术如原子层沉积等，其制备方法受到较大限制，且多为材料复合结构。例如专利202210962065.9公开
4、因此需要设计出一种简便、高效、精准的限域空间材料，其具有一体化、孔道结构规整均一、且两性特性。此外，通过对限域溶剂分子蒸发机制和动力学的基本理解，不仅能够对蒸发过程进行合理的调控，并且可进一步开发用于太阳能光热蒸发、膜蒸馏脱盐、催化污染物降解等一系列基于蒸发技术的领域。
技术实现思路
1、专利技术目的：本专利技术所要解决的技术问题是提供一种可调控液体分子结构的限域空间材料，其具有一体化，孔道结构规整均一且亲疏液特点；该限域空间材料通过在一体化的限域空间孔道内分别形成下端亲液(接触角小于90°)和上端疏液结构(接触角大于90°)，亲疏液结构能够使得溶液进入限域空间并且在限域空间环境下蒸发。
2、技术方案：本专利技术可调控液体分子结构的一体化限域空间材料，该限域空间材料具有光吸收性能，其限域空间孔道结构规整均一，孔道内壁的下端为亲液性，孔道内壁的上端为疏液性，孔道内壁上下端含羧基、羟基、醛基、氟基、氨基中的一种或多种荷电官能团。
3、进一步说，本专利技术所采用的限域空间材料可为一维的纳米管限域空间材料、二维的纳米片层限域空间材料或三维的纳米孔道限域空间材料。进一步优选，所采用的的限域空间材料可为碳基、共价有机框架材料、二硫化钼基、mxene基、氮化碳基、氮化硼基或黑色二氧化钛基纳米限域空间材料。
4、进一步说，本专利技术所采用的限域空间材料的限域空间孔道结构规整，尺寸均一可为1-300nm。
5、本专利技术制备上述一体化限域空间材料的方法，包括如下步骤：
6、(1)制备限域空间材料：制备限域空间孔道结构规整均一的一体化限域空间材料；
7、(2)亲液化处理：在等离子体功率为10-300w、刻蚀气体氧气、真空度1torr条件下采用等离子氧化法对限域空间材料的一端刻蚀3-30min，若该限域材料本身亲液则不需要亲液修饰；
8、(3)疏液化处理：在等离子体功率为10-300w、刻蚀气体含氟气体、真空度1torr条件下采用等离子氧化法对限域空间材料的另一端刻蚀3-30min，若该限域空间材料本身疏液则不需要疏液修饰；其中，所述含氟气体为cf4、chf3、ch2f2或ch3f。
9、除上述之外，本专利技术制备上述一体化限域空间材料的方法，还可包括如下步骤：
10、(1)制备限域空间材料：制备限域空间孔道结构规整均一的一体化限域空间材料；
11、(2)亲液化处理：将限域空间材料的一端接触0.1m naoh溶液，整体半漂浮于溶液上，放置1-12h进行亲液化修饰；
12、(3)疏液化处理：将限域空间材料的另一端接触含氟溶液，整体半漂浮于溶液上，放置1-12h进行疏液化修饰，制得具有亲疏液两性和荷电特性的janus限域空间材料；其中，所述含氟溶液的浓度为0.1-5％，所采用的溶质为pvdf、ptfe或ectfe，溶剂为dmf、nmp、dmac或dmso。
13、本专利技术上述可调控液体分子结构的限域空间材料应用于蒸发器。优选的，所应用的蒸发器可为光热蒸发器。
14、本专利技术先制备获得限域空间孔道结构规整均一的一体化限域空间材料，基于该孔道结构规整均一的限域空间材料，采用等离子体刻蚀法或化学溶剂氧化法选择性刻蚀形成亲/疏液性，以形成进口到出口单一的一条笔直绿色通道，并使得溶液进入该绿色通道并且在该绿色通道下蒸发，有效提高了蒸发速率，且具有优异光吸收能力。
15、本专利技术上述具有调控液体分子结构的限域空间材料应用于蒸发器。优选的，应用于光热蒸发器。
16、有益效果：与现有技术相比，本专利技术的显著优点为：首先，能够调控液体分子微观结构(氢键网络结构)，以改变液体分子固有属性(蒸发能垒)，从根本上影响液-液相互作用能和蒸发动力学，从而降低了液体分子的蒸发势垒，以打破hertz-knudsen蒸发关系，进而调控液体分子的蒸发速率，提高界面蒸发技术效率。
17、同时，基于孔道结构规整均一的限域空间材料，通过限域手段调控液体分子结构，即设计具有亲/疏液两性且具有优异光吸收能力的纳米级传输孔道，孔道亲液侧允许液体快速毛细传输到限域空间孔道内。同时因为疏液段的存在，纳米材料内形成固-液-气三相界面，在限域的环境下蒸发，且蒸发速率高，且具有优异光吸收能力。
18、基于此，本专利技术不仅能够对蒸发过程进行合理的调控，并且可进一步开发应用于太阳能光热蒸发、膜蒸馏脱盐或催化污染物降解等一系列基于蒸发技术的领域。
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1.一种可调控液体分子结构的一体化限域空间材料，其特征在于：该限域空间材料具有光吸收性能，其限域空间孔道结构规整均一，孔道内壁的下端为亲液性，孔道内壁的上端为疏液性，孔道内壁上下端含羧基、羟基、醛基、氟基、氨基中的一种或多种荷电官能团。
2.根据权利要求1所述可调控液体分子结构的一体化限域空间材料，其特征在于：所述限域空间材料为一维的纳米管限域空间材料、二维的纳米片层限域空间材料或三维的纳米孔道限域空间材料。
3.根据权利要求2所述可调控液体分子结构的一体化限域空间材料，其特征在于：所述的限域空间材料为碳基、共价有机框架材料、二硫化钼基、MXene基、氮化碳基、氮化硼基或黑色二氧化钛基纳米限域空间材料。
4.根据权利要求1所述可调控液体分子结构的一体化限域空间材料，其特征在于：所述限域空间材料的限域空间孔道尺寸为1-300 nm，且孔道结构规整，尺寸均一。
5.一种制备权利要求1所述一体化限域空间材料的方法，其特征在于包括如下步骤：
6.一种制备权利要求1所述一体化限域空间材料的方法，其特征在于包括如下步骤：
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