【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及盐差能收集，具体提供一种定点修饰二维材料纳米孔的方法。
技术介绍
1、传统的电力系统主要是由煤炭、石油和天然气等传统能源提供，但由于传统能源的不可再生性及其对会对环境造成巨大的污染等缺陷，可再生的清洁能源的开发便具有相当的必要性。其中，盐差能便是清洁能源的一种。盐差能也被称为蓝色能量，其主要是通过将两种不同浓(盐)度的溶液(如海水和淡水、含盐浓度不同的两种海水等)混合从而产生能源，属于一种安全、可持续的清洁能源。
2、盐差能获取的主要过程是通过将一层阴/阳离子选择性膜放在不同浓度的溶液之间，在浓度梯度下阴离子与阳离子从高浓度向低浓度扩散，通过阴/阳离子选择性膜对阴离子或者阳离子的选择性透过产生一个净电流，通过收集这个净电流就能够将盐差能转换成电能。可以看出，阴/阳离子选择性膜无疑是获取盐差能的关键因素。理想的阴/阳离子选择性膜通常需要具有如高离子选择性、低流动阻力、良好的机械强度等属性。
3、二维(2d)材料具有原子级厚度和规模化制备纳米孔的能力，这赋予二维材料分离膜(2d膜)优异的离子透过率，可使其在盐差能转换的应用中具有巨大的潜力。示例性地，根据理论计算，在将具30％孔隙率、10nm孔的二硫化钼(mos2)作为阴/阳离子选择性膜的情形下，有望在盐差能的转换中获得较高的功率密度。不过，该研究也只是使用二硫化钼单纳米孔外推计算得到的结果，在实际过程中将同等水平的功率密度从单纳米孔外推到多纳米孔仍然是一个巨大的挑战。举例而言，具有纳米孔阵列的共价有机框架(cof)膜可在nacl浓差溶液中产生1
4、为了解决上述问题，具有带电孔边缘的、单层多纳米孔的石墨烯膜被作为阴/阳离子选择性膜应用在盐差能发电领域，其能够产生较高的能量转换效率(约为39％)。然而，这种单层纳米孔石墨烯膜的功率密度却相对平庸(约为27wm-2)。因此，2d膜在应用于盐差能发电领域作为阴/阳离子选择性膜时，普遍需要面对功率密度和能量转换效率之间折衷的卡喉点。显然，这将会阻碍2d膜在盐差能发电领域的进一步发展。分析其原因，在盐差能发电中，功率密度和能量转换效率这两个属性主要与离子透过率和离子选择性有关，而2d膜虽然能够具有较高的离子透过率，但膜本身的材料缺陷及其所具有的较低的表面电荷密度不可避免地损失离子选择性，因此导致了这种折衷的发生。
5、为了应对上述问题，一种可行的处理方式是提高2d膜的表面电荷密度。具体而言，通过提高2d膜的表面电荷密度，便有望在保证2d膜具有足够的离子通量的同时实现较高的离子选择性。目前最常用于提高2d膜的表面电荷密度的三种策略为共价键修饰、非共价键修饰和元素掺杂。其中，非共价键修饰的策略形成的相互作用力较弱，而元素掺杂的策略往往难以定量地控制特定官能。相较而言，共价键修饰的策略因为其具有能够精确修饰结构以及能够形成稳定的共价键的优点而被认为是更适合于调控2d膜的表面电荷密度的策略。不过，对2d膜进行共价键修饰的策略目前仍然存在两个挑战：一方面，反应过程中的反应位点较为随机，随机的反应位点往往会降低目标位置的反应效率；另一方面，功能化反应过程中产生的随机缺陷会在一定程度上削弱2d膜的离子选择性。
6、相应地，本领域需要一种新的技术方案来解决上述问题。
技术实现思路
1、本专利技术旨在至少一部分地解决上述技术问题，具体而言，本专利技术提供了一种定点修饰二维材料纳米孔的方法，旨在使得制得的二维材料纳米孔尽可能少地甚至无需面对在功率密度和能量转换效率之间折衷的卡喉点。
2、有鉴于此，本专利技术提供了一种定点修饰二维材料纳米孔的方法，该方法包括：获取具有纳米孔的二维材料；采用第一电性物质对所述纳米孔进行预锚定；采用第二电性物质借助于所述第一电性物质到达二维材料对应于所述纳米孔的区域，并且以与对应于所述纳米孔的区域的二维材料发生化学反应的方式对预锚定的所述纳米孔进行化学修饰。
3、通过这样的构成，能够谋求通过化学反应(如电子转移反应等)的方式使得对应于化学修饰的位点主要位于纳米孔的周围。
4、对于上述定点修饰二维材料纳米孔的方法，在一种可能的实施方式中，所述的采用第一电性物质对所述纳米孔进行预锚定包括：采用四甲基铵基笼形聚倍半硅氧烷对所述纳米孔进行预锚定。
5、通过这样的构成，给出了预锚定的一种可能的实现方式。
6、对于上述定点修饰二维材料纳米孔的方法，在一种可能的实施方式中，所述的采用四甲基铵基笼形聚倍半硅氧烷对所述纳米孔进行预锚定包括：将二维材料浸泡在配置的四甲基铵基笼形聚倍半硅氧烷溶液中1-12h；其中，四甲基铵基笼形聚倍半硅氧烷溶液的浓度为8.7-35mm。
7、通过这样的构成，给出了预锚定的一种具体的实现方式。
8、对于上述定点修饰二维材料纳米孔的方法，在一种可能的实施方式中，在“采用第二电性物质借助于所述第一电性物质到达二维材料对应于所述纳米孔的区域，并且以与对应于所述纳米孔的区域的二维材料进行化学反应的方式对预锚定的所述纳米孔进行化学修饰”的步骤中，所述第二电性物质为带负电荷官能团的四氟硼酸重氮盐。
9、通过这样的构成，给出了与预锚定的纳米孔发生化学反应的可能的实现方式。
10、对于上述定点修饰二维材料纳米孔的方法，在一种可能的实施方式中，所述带负电荷官能团的四氟硼酸重氮盐为4-羧基苯重氮四氟硼酸盐。
11、通过这样的构成，给出了第二电性物质的一种具体的形式。
12、对于上述定点修饰二维材料纳米孔的方法，在一种可能的实施方式中，“采用第二电性物质借助于所述第一电性物质到达二维材料对应于所述纳米孔的区域，并且以与对应于所述纳米孔的区域的二维材料进行化学反应的方式对预锚定的所述纳米孔进行化学修饰”包括：将二维材料浸泡在配置的十二烷基磺酸钠与4-羧基苯重氮四氟硼酸盐的混合水溶液中，在40-45℃的温度条件下反应1-8h；其中，所述混合水溶液中，十二烷基磺酸钠的浓度为7-14mm，4-羧基苯重氮四氟硼酸盐的浓度为1-10mm。
13、通过这样的构成，给出了与预锚定的纳米孔发生化学反应的一种具体的实现方式。
14、对于上述定点修饰二维材料纳米孔的方法，在一种可能的实施方式中，在获取具有纳米孔的二维材料的步骤中，所述纳米孔的形成方式为：使气体等离子体对所述二维材料进行造孔；采用电化学反应刻蚀的方式对二维材料对应于造孔的位置进行扩孔，从而上形成所述纳米孔。
15、通过这样的构成，能够谋求通过造孔与扩孔相结合的方式在二维材料上形成纳米孔。
16、对于上述定点修饰二维材料纳米孔的方法，在一种可能的实施方式中，所述的“使等离子体对所述二维材料进行造孔”包括：所述等离子体的功率为20-40w、气压为150-160pa，对二维材料进行造孔。
17、通过这样的构成，给出了气体等离子体造孔的一种具体的实现方式。
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【技术保护点】
1.一种定点修饰二维材料纳米孔的方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的定点修饰二维材料纳米孔的方法，其特征在于，所述的采用第一电性物质对所述纳米孔进行预锚定包括：
3.根据权利要求2所述的定点修饰二维材料纳米孔的方法，其特征在于，所述的采用四甲基铵基笼形聚倍半硅氧烷对所述纳米孔进行预锚定包括：
4.根据权利要求1至3中任一项所述的定点修饰二维材料纳米孔的方法，其特征在于，在“采用第二电性物质借助于所述第一电性物质到达二维材料对应于所述纳米孔的区域，并且以与对应于所述纳米孔的区域的二维材料进行化学反应的方式对预锚定的所述纳米孔进行化学修饰”的步骤中，所述第二电性物质为带负电荷官能团的四氟硼酸重氮盐。
5.根据权利要求4所述的定点修饰二维材料纳米孔的方法，其特征在于，所述带负电荷官能团的四氟硼酸重氮盐为4-羧基苯重氮四氟硼酸盐。
6.根据权利要求5所述的定点修饰二维材料纳米孔的方法，其特征在于，所述的“采用第二电性物质借助于所述第一电性物质到达二维材料对应于所述纳米孔的区域，并且以与对应于所述纳米孔的区域
7.根据权利要求1所述的定点修饰二维材料纳米孔的方法，其特征在于，在获取具有纳米孔的二维材料的步骤中，所述纳米孔的形成方式为：
8.根据权利要求7所述的定点修饰二维材料纳米孔的方法，其特征在于，所述的“使等离子体对所述二维材料进行造孔”包括：
9.根据权利要求7所述的定点修饰二维材料纳米孔的方法，其特征在于，所述的“采用电化学反应刻蚀的方式对二维材料对应于造孔的位置进行扩孔，从而形成所述纳米孔”包括：
10.根据权利要求1所述的定点修饰二维材料纳米孔的方法，其特征在于，在获取具有纳米孔的二维材料的步骤中，所述二维材料纳米孔为包含目标基底的二维材料，
...【技术特征摘要】
1.一种定点修饰二维材料纳米孔的方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的定点修饰二维材料纳米孔的方法，其特征在于，所述的采用第一电性物质对所述纳米孔进行预锚定包括：
3.根据权利要求2所述的定点修饰二维材料纳米孔的方法，其特征在于，所述的采用四甲基铵基笼形聚倍半硅氧烷对所述纳米孔进行预锚定包括：
4.根据权利要求1至3中任一项所述的定点修饰二维材料纳米孔的方法，其特征在于，在“采用第二电性物质借助于所述第一电性物质到达二维材料对应于所述纳米孔的区域，并且以与对应于所述纳米孔的区域的二维材料进行化学反应的方式对预锚定的所述纳米孔进行化学修饰”的步骤中，所述第二电性物质为带负电荷官能团的四氟硼酸重氮盐。
5.根据权利要求4所述的定点修饰二维材料纳米孔的方法，其特征在于，所述带负电荷官能团的四氟硼酸重氮盐为4-羧基苯重氮四氟硼酸盐。
6.根据权利要求5...
【专利技术属性】
技术研发人员：王路达，刘原铖，张盛萍，宋瑞洋，曾海鸥，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：
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