[发明专利]基于LDHs的水蒸发发电器件及制备方法

说明书

本发明公开了一种基于LDHs的水蒸发发电器件，有装有极耳的基底，基底上有涂层，所述涂层为LDHs。制备方法按如下步骤进行：制备LDHs固体粉末；将LDHs固体粉末均匀分散在液体中，形成LDHs液体；室温下将LDHs液体涂覆在装有极耳的基底上；烘干，使LDHs液体均匀成膜。不仅具有原料制简便、可在室温下涂覆的优点，而且拓展了制备基底的材料范围，不但可采用硬质的基底（如石英玻璃片等），还可采用柔性的基底（如塑料片、薄膜或织物等），为自驱动可穿戴器件的创制奠定基础。

技术领域

本发明涉及一种水蒸发发电器件及制备方法，尤其是一种基于LDHs的水蒸发发电器件及制备方法。

背景技术

将环境能量转变成电能是构筑低成本、绿色、自驱动器件的必要环节。水蒸发是自然界中每时每刻都在自发进行的过程，利用水蒸发产生电能的水蒸发发电器件业已问世。现有的水蒸发发电器件的结构是设有装有极耳的基底，基底上有与极耳相接的涂层。将水蒸发发电器件的涂层部分浸泡在水中，以水蒸发做为驱动力，便可在涂层中产生流动电势，进而在两极耳之间产生电能（电压和电流）。目前应用于水蒸发发电器件的涂层材料仅局限于炭材料，如炭纳米管（Science 2003， 299， 1042；Appl. Phys. Lett. 2007， 101，064312；J. Am. Chem. Soc. 2009， 131， 6374；Phys. Chem. Chem. Phys. 2013， 15，1164）、炭纳米粒子（Angew. Chem.， Int. Ed. 2016， 55， 8003）、石墨烯（Adv. Funct.Mater. 2017， 27， 1604226；Nat.Nanotechnol. 2014， 9， 378）、炭黑（Nat Nano， 2017，12， 317）等，存在着器件组装工艺复杂、碳膜涂覆温度高及基底材料受限大等问题。

LDHs是由两种或两种以上金属元素组成的具有层状晶体结构的氢氧化物。LDHs层片带结构正电荷，层间存在可交换阴离子。LDHs的基本构造单元称为单元晶层，它是金属-（氢）氧八面体，金属离子位于八面体的中心，OH^-位于八面体的六个顶角，相邻八面体间通过共边相互联结形成二维延伸的配位八面体结构层，单元晶层通过面-面堆叠形成晶体颗粒。LDHs的化学组成通式为[M^II_1-xM^III_x(OH)₂]^x+[A^n-_x/n]^x-⋅mH₂O， 式中M^II指二价金属阳离子，如Mg²⁺、Mn²⁺、Fe²⁺、Co²⁺、Zn²⁺、Ca²⁺等；M^III指三价金属阳离子，如Al³⁺、Cr³⁺、Mn³⁺、Fe³⁺、Co³⁺等；A^n-指带有n个负电荷的阴离子，如Cl^-、OH^-、NO₃^-、CO₃^2-、SO₄^2-以及有机阴离子等；x是每摩尔LDHs中M^III的摩尔数；m是每摩尔LDHs中结晶水的摩尔数。二价和三价金属离子的不同配对组成了种类繁多的具有不同性能的层状双金属氢氧化物。目前，LDHs主要应用于催化剂载体或药物载体，迄今为止并没有关于将LDHs应用于水蒸发发电器件的相关报道。