[发明专利]一种太阳能蒸汽诱导产电膜转化器件及其制备方法

说明书

本发明涉及一种可重复使用的太阳能蒸汽诱导电能产生的膜转化器件及其制备方法，首先我们用混合酸将含碳量为99％的无机高分子纤维转化为氧化石墨烯，接着采用真空抽滤的方法将氧化石墨烯抽滤于纤维膜上得到膜转化器件GO/CE，最后将制得的膜转化器件GO/CE用于水蒸发诱导产电。性能测试表明，GO/CE在不同的光照和风速条件下随着水蒸发的进行可以向外输出不同的电能。当外界的风速为4m s^‑1时在1^*kWm^‑2的光照条件下此器件随着水蒸发的进行可以向外输出的电压高达0.3V，循环测试表明此器件在相同的条件下至少可以使用5次且性能保持不变。本发明所采用的制备光电材料转化器件的制备过程简单，制造成本低，制备时间短，且可以直接收集环境的能量并将其转化成电能，光电转化效率高，由于水蒸发无处不在，所以该器件具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及纳米复合材料的制备领域，具体而言，涉及一种太阳能蒸汽诱导产电膜转化器件及其制备方法。

背景技术

当今社会，由于人口爆炸式的增长，化石燃料日趋枯竭，环境污染问题日趋严重，太阳能作为一种清洁可再生的能源越来越多的受到了社会的关注，因此一种高效率、低成本、多功能的能源转化系统是亟待需求的。其中将清洁可再生的太阳能转化为电能是满足不断增长的能源需求的一种很有前途的途径。所以，科研工作者们不断地努力去开发各种能源转换系统，希望能将太阳能转换成电能以便于人们正常使用，例如太阳能电池，太阳能计算器等。在这些能源收集系统中，水蒸发诱导产电是近几年发展起来的一种应用前景很大的解决能源问题和环境污染的方法。

目前，报道的电能产生于水蒸发诱导的材料主要有碳纳米管，单层石墨烯，金属-碳纳米管等纳米材料以及这些材料所组装的宏观体系，但这些材料的产电量低，制备工艺复杂，且制备出来的体系不稳定，循环性能差，很大程度上限制了它们的实际应用。除碳纳米管外，单层石墨烯，金属-碳纳米管等纳米材料也具有优良的水蒸发诱导电能产生的性能，但这些材料大多数都作为导电材料而应用于水蒸发诱导电能产生的转化系统，在这种系统中将有很大一部分的电能被材料自身消耗，结果将造成相当一部分不必要的电能损失。此外，也有一些由无机纳米材料组装为宏观体，将宏观体用于水蒸发诱导电能产生的报道，但这些宏观材料制备过程复杂，并且只能对外输出较小的电能。

我们制备得到的膜器件与碳纳米管相比拥有更强的光吸收能力和更低的制造成本，含碳量为99％的无机高分子纤维通过混合酸处理后得到氧化石墨烯，其表面拥有大量的亲水性官能团，例如，羧基，羰基等，可通过真空抽滤的方法将羧基，羰基与纤维素滤膜的氨基连接，从而实现氧化石墨烯与纤维素滤膜的稳定连接。

因而，利用抽滤的方法将制得的氧化石墨烯抽滤于纤维素滤膜上可以简单快速的制备一种高效率低成本的光电转化宏观体是非常有意义的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种太阳能蒸汽诱导产电膜转化器件及其制备方法，该方法所用试剂少且具有价格低的特点，材料的制备方法简单，易实现；制得的GO/CE膜光电转化器件具有较高的光电转化性能，具有优异的化学稳定性和柔韧性，且这种光电转化器件在不同的光照条件下通过水蒸发诱导产生不同的电能，不同的风速条件下这种光电转化器件也可以向外输出不同的电能，且这种体系不需要额外的能量输入，大大提高了能源的利用率。

本发明是这样实现的，该方法是首先将含碳量为99％的无机高分子纤维转化为氧化石墨烯，接着取20mg氧化石墨烯加入5mL的去离子水，具体步骤如下：

(1)氧化石墨烯的制备：用混合酸将含碳量为99％的无机高分子纤维转化为氧化石墨烯，

(2)膜转化器件的组装：取氧化石墨烯20mg于烧杯中，加入5mL的去离子水和0.7g的聚乙烯亚胺，然后将氧化石墨烯溶液抽滤到纤维素滤膜上。