[发明专利]基于MOF801@PAN材料的蒸发诱导产电电池设计

说明书

本发明制造了一种基于MOF801@PAN材料的蒸发诱导产电电池。旨在利用MOF801材料的强吸水特性和PAN的高导电性，合成了一种PAN材料修饰的MOF801@PAN材料，该材料具有的高Zeta电位及适宜的导电性能，将MOF801@PAN材料进行系列处理，经过系列设计后将材料制备成蒸发诱导产电电池。该材料为蒸发诱导提供了高Zeta电位的离子通道，提高了蒸发诱导产电电池在去离子水中的产电效率。

技术领域

本发明涉及一种基于MOF801@PAN材料的蒸发诱导产电电池设计。

背景技术

当前传统化石燃料的过渡使用导致了全球性的气候变化和环境污染问题。从非传统的绿色来源中捕集清洁能源对人类乃至社会可持续发展至关重要。其中水蒸发是一种常见的自发现象，在任何条件下可以不断地发生。目前有研究发现，天然水蒸发可以在多孔碳材料薄膜中产生连续的直流电压，同时也已证明，部分碳基材料及金属氧化物可以作为蒸发诱导产电材料，因此在该新能源领域找到理想的材料，能够诱导产生高输出电压和电流是该领域的一大技术瓶颈。蒸发诱导产电是由于水分子在带电毛细管道中移动时，携带着与毛细管相反电荷的离子在管道中移动，从而产生电势差，进而导致电压电流的产生。因此，产电功能区应具有狭长的毛细管通道，便于水分子携带反离子移动，其次，诱导材料需要具有高的Zeta电位，有利于在双电层内产生高浓度的抗衡膜。

金属有机框架(MOF)是一种新兴可调节环境功能性材料，其具有高的比表面积，高的Zeta电位，在蒸发诱导产电领域具有潜在的应用价值。如果能够构造出一种不仅具有高的导电水平，而且还具有高的Zeta电位的新型材料，将其用于蒸发诱导产电领域，从而实现高效率的蒸发诱导产电。

依托以上研究分析，本发明通过构建了一种新型的基于MOF材料与聚苯胺(PAN)的高Zeta电位材料，并通过加工将其用于蒸发诱导产电。

发明内容

本发明的目的在于利用一种基于MOF801材料与聚苯胺(PAN)材料的蒸发诱导产电材料MOF801@PAN组建一种新的蒸发诱导产电电池。本发明充分利用了PAN材料的高导电性，以及MOF材料的高Zeta电位，为蒸发诱导产电材料的扩充提供了新的思路。

本发明采用以下技术方案：

一种基于MOF801@PAN材料的蒸发诱导产电电池设计，包括如下步骤：

MOF801@PAN材料的制备：(步骤(1)-(2))及蒸发诱导产电电池的搭建：(步骤(3)-(6))。

(1)MOF801@PAN材料的制备。将一定量的富马酸、PAN和ZrOCl₂·8H₂O置于DMF和甲酸的混合溶剂中，磁力搅拌30min后将其置于在内衬为聚四氟乙烯高压反应釜中，130℃加热6h。

(2)MOF801@PAN材料活化。通过微孔过滤膜真空过滤装置收集产物，用DMF洗涤3次，用甲醇洗涤3次，并在空气中干燥。将上述制备的MOF801@PAN样品置于在15kPa的真空干燥箱中于150℃活化24h。

(3)蒸发诱导产电电池电极的制备。将导电银胶涂在玻璃板上，在玻璃板两端形成两个对称“L形”的电极，将其置于室温下干燥。

(4)产电功能区浆液的制备方法。去一定量的MOF801@PAN材料分散在水中，在剧烈的磁搅拌下，将乙醇溶液的司盘80和Nafion溶液加入分散体中。接着将上述混合物搅拌2小时后加入一定量含有乙基纤维素的溶液，继续搅拌直至得到糊状的分散体系。

(5)产电功能区的制备。将步骤(4)制备的浆液均匀的覆涂在步骤(3)制备的电极玻璃板上，将其置于60℃的烘箱中干燥固定。

(6)蒸发诱导电池产电性能测试方法。将玻璃片浸入去离子水中，在产电功能区形成干湿界面，用电化学工作站记录其电压及电流变化。