[发明专利]用于水蒸发产电的二维金属氧化物单层纳米片

说明书

本发明属于水蒸发产电技术领域，涉及一种用于水蒸发产电的二维金属氧化物单层纳米片，其步骤如下：将富含阳离子缺陷的二维过渡金属氧化物单层纳米片涂覆在设置电极的支撑基底上作为产电器件，用于在水中蒸发产电。本发明首次实现将富含阳离子缺陷的二维过渡金属氧化物单层纳米片作为水蒸发产电的主体材料，具有非常优异的开路电压性能。

技术领域

本发明涉及一种富含阳离子缺陷的二维过渡金属氧化物单层纳米片在水蒸发产电中的用途，属于水蒸发产电技术领域。

背景技术

随着石油、天然气等一次能源的不断开发利用，能源危机和全球变暖问题持续威胁着人类发展，因此寻找一种可持续的绿色能源产电方式成为人类面临的最紧迫的挑战之一。在众多绿色能源产电方式中，水蒸发产电是通过水分蒸发将周围环境的热能转化为电能的一种产能方式。这种方法利用自然现象即可产电，而不需要外在的机械作用及能量输入。为了模仿自然界水蒸发现象来诱导生电，关键在于水蒸发产电主体材料的构筑，通过制备具有微/纳米通道的纳米材料，模仿植物内部的水蒸发过程而产生电能。

目前关于主体材料的构筑在水蒸发诱导生电中的应用涌现了很多有意义的工作。例如在零维纳米材料中，无定形碳纳米颗粒因可以暴露其表面的所有原子，从而通过电子耦合与水发生实质性的相互作用而从自然水分蒸发中获取电能。在一维纳米材料中，碳纳米管（CNTs）在流动的离子水溶液中也可以产生电压。相比于这些零维、一维纳米材料，石墨烯、层状双氢氧化物（LDH）等二维材料由于特殊的二维形态，例如其原子级超薄厚度使得材料与水固液界面相互作用增强，溶液中离子能够在微纳通道中更有效传输，进而水蒸发诱导生电的转换效率得到进一步提高。但是，目前所报道的大部分纳米材料与水相互作用力弱，仅限于原子层的表面，导致水蒸发产电效率偏低，进而影响水蒸发产电的电压性能。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种用于水蒸发产电的富含阳离子缺陷的二维过渡金属氧化物单层纳米片。

实现本发明的技术方案是：一种富含阳离子缺陷的二维过渡金属氧化物单层纳米片在水蒸发产电中的应用。

较佳的，所述的应用是指将富含阳离子缺陷的二维过渡金属氧化物单层纳米片涂覆在设置电极的支撑基底上作为产电器件，用于在水中蒸发产电。具体包括如下步骤：

步骤1，将一定量的富含阳离子缺陷的二维过渡金属氧化物单层纳米片与Nafion置于乙醇/水混合溶液中进行搅拌及超声反应，得到浆料；

步骤2，将导电电极材料印刷在支撑基底上，室温干燥，制得电极；

步骤3，将步骤1的浆料涂布于步骤2印刷了导电电极材料的支撑基底上，并在室温条件下干燥，得到一层膜；

步骤4，将导线粘接在电极的两端，然后用环氧树脂包裹所有暴露的电极。

上述步骤1中，富含阳离子缺陷的二维过渡金属氧化物单层纳米片可以为Ti_0.87O₂、Ti_0.91O_2、MnO₂、Ca₂Nb₃O₁₀，优选Ti_0.87O₂。

上述步骤1中，富含阳离子缺陷的二维过渡金属氧化物单层纳米片与水的质量比为0.1:1~0.2:1，水与乙醇的体积比为1:0.01~1:0.05，水与Nafion的体积比为1:0.01~1:0.05。

上述步骤1中，搅拌时间0.5-4 h，搅拌温度为10~60 ℃，超声时间为0.5~4 h，超声温度为10~60 ℃。

上述步骤2中，支撑基底为PET、石英玻璃、氧化铝玻璃、铝塑膜中任意一种。

上述步骤2中，导电电极材料为商业银浆或碳纳米管。

上述步骤4中，导线为导电银线，导电铜线。