【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电化学、薄膜和金属材料，具体的说，涉及一种高效可持续的渗透能制氢系统和方法。
技术介绍
1、氢气是一种无毒气体，拥有极高的燃烧热值，且燃烧产物只有水，是一种理想的减少二氧化碳排放的资源。目前，氢气的生产在很大程度上还依赖于化石燃料的消耗。然而，这会导致大量温室气体的释放，不利于可持续发展。从可持续发展的角度来看，直接利用可再生能源生产氢气将是一个最佳的解决方案。电催化水分解因其生产灵活性、环保性和制氢纯度高而成为一种理想的制氢方法。然而，这项技术的耗电量很高，目前的大部分电力供应仍然依赖于火力发电，而火力发电也需要大量燃烧化石燃料。渗透能是一种可再生能源，其输出具有可预测性和稳定性，同时不产生废物或二氧化碳排放，并且不受天气条件的影响。理论上，海水和淡水界面的渗透能估计为0.8 kwh m-3，而全球总渗透能约有30太瓦。因此，渗透能是一种理想的可再生制氢能源。
技术实现思路
1、本专利技术是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种高效可持续的渗透能制氢方法。本专利技术利用通道表面修饰有植酸分子的非对称膜捕获渗透能供电给负载金属钯纳米团簇的电极完成碱性电解水反应，从而实现了可持续能源的稳定高效制氢；本专利技术利用海洋中的渗透能直接制氢，绿色简单，解决了现有技术中的电解水制氢电能消耗高的问题。
2、本专利技术的技术方案具体介绍如下。
3、本专利技术提供一种高效可持续的渗透能制氢系统，其其包括海水、淡水、离子交换膜、碱性电解液、水解电极和导线；海
4、本专利技术中，通道表面修饰有植酸分子的非对称膜通过下述方法制备得到：
5、（1）以2-甲基咪唑和 zn (no3)2·6h2o为原料制备zif-8粉末；
6、（2）在h2/ar混合气氛中，在950-1050℃的温度下热处理，得到zif-8衍生的氮掺杂碳框架，记为cf；
7、（3）将cf充分分散在植酸pa的水溶液中后，100-105℃的温度下反应10-15小时，反应结束后，取出粉末洗涤干燥，得到样品pa-cf；
8、（4）将pa-cf粉末分散在乙醇和去离子水的混合溶剂中，得到分散体，随后，在真空定向驱动力下，将分散体通过阳极氧化铝膜aao，使pa-cf纳米粒子在aao表面的一侧组装，最后自然干燥，得到通道表面修饰有植酸分子的非对称膜。
9、本专利技术采用的通道表面修饰有植酸分子的非对称膜结构稳定，具有超亲水性和强电负性，可以快速地选择性传输钠离子等阳离子。
10、本专利技术中，步骤（3）中，cf和植酸的质量体积比为1:10~1:30g/ml；步骤（4）中，乙醇和去离子水的体积比为1:2~2:1，分散体中，pa-cf粉末的浓度为0.5-1.5mg/ml。
11、本专利技术中，水解电极分别为负载金属钯纳米团簇的电极和负载商业二氧化钌的电极；其中：负载金属钯纳米团簇的电极通过下述方法制备得到：
12、步骤1，将pdcl2粉末超声溶解在去离子水中，并加入盐酸形成透明的混合溶液c；将100mgzif-8衍生的氮掺杂碳框架cf超声分散在20-40ml去离子水中，形成透明的混合溶液d；将溶液d超声处理，同时将溶液c倒入溶液d中并继续用hcl调节溶液的ph为2-3，连续超声处理10-30分钟后，将混合液冷冻干燥，并用去离子水和乙醇洗涤干燥后的样品，最后将洗涤后的固体在50-80 ℃下干燥，得到纳米团簇pd-cf催化剂；
13、步骤2，将5-15mgpd-cf溶解在800-1000ml乙醇水溶液中，并加入50mlnafion溶液。然后将混合物超声10-30分钟，使pd-cf完全分散；最后，将混合物均匀沉积在玻碳电极gce表面并自然干燥，得到负载金属钯纳米团簇的电极。
14、本专利技术中，海水的盐度在26-35‰之间，淡水的盐度在0.01-0.6‰之间。
15、本专利技术中，碱性电解液为0.1-1.0mol /l氢氧化钾溶液。
16、本专利技术中，海水和淡水分别盛装载海水池和淡水池中，离子交换膜设置在海水池和淡水池的界面处组成的装置有相互串联的若干组。具体的实施例中，采用了10组进行相关测试。
17、本专利技术进一步还提供一种基于上述系统的高效可持续的渗透能制氢方法。
18、和现有技术相比，本专利技术的有益技术效果在于：
19、本专利技术的高效可持续的渗透能制氢方法，通过将位于海水和淡水界面出的通道表面修饰有植酸分子的非对称膜和位于碱性电解液中的负载金属钯纳米团簇的电极在同一电路中进行串联，可以实现高效可持续的渗透能制氢，解决了现有技术中的电解水制氢电能消耗高的问题。
20、本专利技术提供的具体实施例中，通道表面修饰有植酸分子的非对称膜在人工模拟的海水淡水盐差梯度下的渗透能最大输出功率高达 28.3 w m-2, 开路电压为184 mv，可以稳定运行12天以上；10个所述通道表面修饰有植酸分子的非对称膜串联的输出电压可达1.84v，并能稳定运行12天以上；负载金属钯纳米团簇的电极在1.0 m 氢氧化钾溶液中电解水析氢电流密度达到10ma cm-2的过电势只需29 mv，且可以稳定反应12天以上，析氢过电势为50mv时，本专利技术的负载金属钯纳米团簇的电极在1.0 m 氢氧化钾溶液中的质量活性约为商业钯碳电极的51倍。将所述通道表面修饰有植酸分子的非对称膜置于海水和淡水界面，并将10组串联。串联后再与一对由负载金属钯纳米团簇的电极和负载商业二氧化钌电极组成的碱性全水解器件串联，整合后的渗透能制氢系统的制氢速率超过了300l m-2h-1，并能稳定运行12天以上。
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1.一种高效可持续的渗透能制氢系统，其特征在于，其包括海水、淡水、离子交换膜、碱性电解液、水解电极和导线；海水和淡水分别盛装载海水池和淡水池中，离子交换膜设置在海水池和淡水池的界面处，离子交换膜与水解电极通过导线串联形成一个闭合回路；水解电极浸泡在盛装碱性电解液的电解槽中；工作时，离子交换膜用于捕获海水和淡水界面的渗透能并将其转化为电能，电流通过导线传输至水解电极，当渗透能电压达到电极水解所需最小电压值时，负载金属钯纳米团簇的电极表面析出氢气；其中：离子交换膜为通道表面修饰有植酸分子的非对称膜。
2.根据权利要求1所述的高效可持续的渗透能制氢系统，其特征在于，通道表面修饰有植酸分子的非对称膜通过下述方法制备得到：
3.根据权利要求2所述的高效可持续的渗透能制氢系统，其特征在于，步骤（3）中，CF和植酸的质量体积比为1:10~1:30g/mL；步骤（4）中，乙醇和去离子水的体积比为1:2~2:1，分散体中，PA-CF粉末的浓度为0.5-1.5mg/mL。
4.根据权利要求1所述的高效可持续的渗透能制氢系统，其特征在于，水解电极分别为负载金属钯纳米
5.根据权利要求1所述的高效可持续的渗透能制氢系统，其特征在于，海水的盐度在26-35‰之间，淡水的盐度在0.01-0.6‰之间。
6.根据权利要求1所述的高效可持续的渗透能制氢系统，其特征在于，碱性电解液为0.1-1.0 mol/L氢氧化钾溶液。
7.根据权利要求1所述的高效可持续的渗透能制氢系统，其特征在于，海水和淡水分别盛装载海水池和淡水池中，离子交换膜设置在海水池和淡水池的界面处组成的装置有相互串联的若干组。
8.一种基于权利要求1所述的高效系统的可持续的渗透能制氢方法，其特征在于，离子交换膜用于捕获海水和淡水界面的渗透能并将其转化为电能，电流通过导线传输至水解电极，当渗透能电压达到电极水解所需最小电压值时，负载金属钯纳米团簇的电极表面析出氢气；其中：离子交换膜为通道表面修饰有植酸分子的非对称膜。
9.根据权利要求8所述的高效可持续的渗透能制氢方法，其特征在于，通道表面修饰有植酸分子的非对称膜通过下述方法制备得到：
...【技术特征摘要】
1.一种高效可持续的渗透能制氢系统，其特征在于，其包括海水、淡水、离子交换膜、碱性电解液、水解电极和导线；海水和淡水分别盛装载海水池和淡水池中，离子交换膜设置在海水池和淡水池的界面处，离子交换膜与水解电极通过导线串联形成一个闭合回路；水解电极浸泡在盛装碱性电解液的电解槽中；工作时，离子交换膜用于捕获海水和淡水界面的渗透能并将其转化为电能，电流通过导线传输至水解电极，当渗透能电压达到电极水解所需最小电压值时，负载金属钯纳米团簇的电极表面析出氢气；其中：离子交换膜为通道表面修饰有植酸分子的非对称膜。
2.根据权利要求1所述的高效可持续的渗透能制氢系统，其特征在于，通道表面修饰有植酸分子的非对称膜通过下述方法制备得到：
3.根据权利要求2所述的高效可持续的渗透能制氢系统，其特征在于，步骤（3）中，cf和植酸的质量体积比为1:10~1:30g/ml；步骤（4）中，乙醇和去离子水的体积比为1:2~2:1，分散体中，pa-cf粉末的浓度为0.5-1.5mg/ml。
4.根据权利要求1所述的高效可持续的渗透能制氢系统，其特征在于，水解电极分别为负载金属钯...
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