[发明专利]基于光电材料修饰的光能/渗透能集成的仿生纳流体器件

说明书

本发明公开了基于光电材料修饰的光能/渗透能集成的仿生纳流体器件，属于仿生纳流体器件技术领域；基于光电材料修饰的光能/渗透能集成的膜材料包括子弹型氧化铝纳米通道膜和无机氧化物纳米层；子弹型氧化铝纳米通道膜上具有多个子弹型纳米通道，子弹型纳米通道的两端分别为大孔端和小孔端，多个子弹型纳米通道的大孔端位于子弹型氧化铝纳米通道膜的同一侧；无机氧化物纳米层覆合于子弹型氧化铝纳米通道膜具有大孔端的一侧，由硅烷偶联剂改性的无机氧化物纳米颗粒制成。并且公开了膜材料的制备方法。基于本发明膜材料制备的仿生纳流体器件具有高离子通量和较好的离子选择性，在能量转换应用中表现出较高的渗透能量转换性能。

技术领域

本发明属于仿生纳流体器件技术领域，具体涉及基于光电材料修饰的光能/渗透能集成的仿生纳流体器件。

背景技术

随着可再生资源的日益消耗及对能源需求的不断增长，开发新型的可再生能源迫在眉睫。位于海水和河水交汇处的渗透能被称为“蓝色能源”，在解决全球环境和资源短缺问题方面具有巨大的潜能。

针对于渗透能量收集，科研工作者开发出超薄的低电阻选择性膜，但其短路电流(Isc)仅为nA级，很难得到实际应用。新兴的基于膜的可控离子输运纳米流体装置因其高通量和增强的离子选择性而备受关注，但离子的选择性输运受到有限空间内电荷分布的调控，如何提高限域空间内的不对称表面电荷分布成为科研者的研究热点。

除了通过渗透能实现能量转换，自然环境中还可能存在其他的能量，那么如何更有效地利用多种能量的协同作用，提升系统的总跨膜离子通量，实现高效的能量转换也至关重要。

发明内容

本发明公开了基于光电材料修饰的光能/渗透能集成的仿生纳流体器件，该器件具有高离子通量和较好的离子选择性，在能量转换应用中表现出较高的渗透能量转换性能。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

基于光电材料修饰的光能/渗透能集成的膜材料，包括子弹型氧化铝纳米通道膜和无机氧化物纳米层；

子弹型氧化铝纳米通道膜上具有多个子弹型纳米通道，子弹型纳米通道的两端分别为大孔端和小孔端，多个子弹型纳米通道的大孔端位于子弹型氧化铝纳米通道膜的同一侧；

无机氧化物纳米层覆合于子弹型氧化铝纳米通道膜具有大孔端的一侧，由硅烷偶联剂改性的无机氧化物纳米颗粒制成。

在电化学测试中，上述膜材料显示出优异的定向离子传输特性和光响应性，在构建光能/渗透能集成的能量转换体系方面具有良好的应用前景。

优选地，子弹型氧化铝纳米通道膜厚度为50-60μm，大孔端的孔径为55±5nm，小孔端的孔径为15-25nm；

无机氧化物纳米层厚度为200-540nm；

硅烷偶联剂为APTES；

无机氧化物纳米颗粒为ZnO纳米颗粒或SnO₂纳米颗粒，粒径为30-200nm。

优选地，上述基于光电材料修饰的光能/渗透能集成的膜材料还包括光敏染料修饰层；

光敏染料修饰层覆合于子弹型纳米通道内壁和无机氧化物纳米颗粒表面。基于光电材料修饰的光能/渗透能集成的膜材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)以铝片为原料，采用电化学阳极氧化法制备一侧具有多个凹洞的氧化铝纳米薄膜，再用磷酸对薄膜未开孔的一侧进行扩孔，制备得到子弹型氧化铝纳米通道膜，清洗、吹干备用；

(2)以步骤(1)中的子弹型氧化铝纳米通道膜为基底，使用匀胶机将硅烷偶联剂改性的无机氧化物纳米颗粒均匀涂覆于子弹型氧化铝纳米通道膜上形成凹洞的一侧，煅烧，在子弹型氧化铝纳米通道膜表面形成无机氧化物纳米层，组成无机异质膜。

优选地，步骤(1)中，