【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于纳米流体膜领域，具体涉及一种光响应异质纳米流体膜的制备方法和应用。
技术介绍
1、化石燃料的消耗导致环境问题急剧增加，迫使寻求可再生能源替代品。光辅助盐差能转换可以同时利用盐差能和太阳能两种绿色能源，有效缓解能源危机。反向电渗析(red)技术利用离子选择性膜将盐差能直接转化为电能。此外，通过施加外部刺激，可以调节离子传输，促进盐差能转化。光作为外部刺激，可以降低盐度梯度的吉布斯自由能，促进离子定向传输，提高盐差能发电系统效率。
2、目前，离子选择性膜作为red的关键因素，仍然存在原料价格昂贵、制备工艺复杂，离子选择性差，无法满足工业应用等问题，因此，有必要针对盐差能转换过程设计一种制备流程简单、原料丰富价格低廉、可以大规模制备、应用范围广的纳米流体膜以解决现存的缺陷。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了解决现有离子选择性膜制备工艺复杂以及离子选择性差的技术问题，而提供了一种光响应异质纳米流体膜的制备方法和应用。
2、本专利技术的技术方案如下：
3、本专利技术的目的之一在于提供一种光响应异质纳米流体膜，所述纳米流体膜由两种具有能带匹配的半导体材料逐层堆叠形成异质结构，一层为具有光响应的多孔半导体膜，另一层为促进电荷分离的多孔半导体膜，促进电荷分离的半导体膜中还含有阳离子纳米纤维，两层半导体膜电荷相反、部分孔道互通且孔径不同。
4、进一步限定，纳米流体膜中具有光响应的半导体材料的含量为40-70wt％。
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6、进一步限定，具有光响应的半导体膜由纳米线状或纳米片状半导体材料堆叠而成。
7、更进一步限定，纳米线状半导体材料为氧化钨、氧化钼或二氧化钛，纳米片状半导体材料为硫铟锌或氮化碳。
8、进一步限定，促进电荷分离的半导体膜由纳米片状半导体材料堆叠而成。
9、更进一步限定，纳米片状半导体材料为硫化钼、硫化钨、氢氧化钴或氢氧化镍。
10、进一步限定，具有光响应的半导体膜厚度为1-15μm，孔径为2-120nm。
11、进一步限定，促进电荷分离的半导体膜厚度为1-15μm，孔径为0.2-120nm。
12、本专利技术的目的之二在于提供一种光响应异质纳米流体膜的制备方法，所述方法按以下步骤进行：
13、将具有光响应的半导体材料的分散液和含阳离子纳米纤维的促进电荷分离的半导体材料的分散液分别以抽滤、旋涂或自组装的方式依次逐层成膜，然后进行热处理，得到光响应异质纳米流体膜。
14、进一步限定，热处理温度为60-200℃，时间为2-24h，气氛为空气、氮气或氩气。
15、本专利技术的目的之三在于提供一种光响应异质纳米流体膜在盐差能发电系统中的应用。
16、本专利技术的目的之四在于提供一种光响应异质纳米流体膜在光辅盐差能发电系统中的应用。
17、本专利技术的目的之五在于提供一种高效发电的光辅或非光辅盐差能发电系统，所述发电系统以上述光响应异质纳米流体膜作为隔膜，隔膜两侧为具有浓度差的电解质溶液，光照采用不对称照射的方式。
18、进一步限定，隔膜两侧电解质相同。
19、进一步限定，电解质为kcl、nacl、mgcl2、licl或cacl2。
20、进一步限定，电解质溶液ph为3-10。
21、进一步限定，隔膜两侧电解质溶液的浓度差为5-500倍。
22、进一步限定，电极为银/氯化银电极、铜电极或钛基钌涂层电极。
23、进一步限定，光源为am1.5、自然光、全光、紫外光、可见光或近红外光。
24、进一步限定，光照的功率为0-600mw/cm2，时长为0-30天。
25、本专利技术与现有技术相比具有的优点：
26、(1)本专利技术公开了一种光响应异质纳米流体膜，所述异质膜由两种具有能带匹配的半导体所组成，与现有技术相比，该体系由于光响应异质结构的引入显著增强异质膜的离子二极管效应，实现高的离子选择性和渗透性，有利于提高盐差能转换效率，此外异质结构还减弱了浓差极化作用，进一步提升了离子传输效率。
27、(2)本专利技术通过构建非对称纳米孔道结构提高了离子单向扩散的优势；此外，相反的电荷可形成一个电势梯度共同促进离子单向扩散。
28、(3)本专利技术还公开了上述光响应异质纳米流体膜的制备方法，仅通过真空抽滤即可实现。该光响应异质纳米流体膜性能稳定、光响应范围广，原料丰富、成本低廉，且制备工艺简单，可大规模制备，克服了现有技术中工艺复杂、成本高、可控性差的缺点。
29、(4)本专利技术的光响应异质纳米流体膜在盐差能发电系统中的应用具有明显优势，在模拟海水(0.5m nacl)与河水(0.01m nacl)的盐差能发电体系中，最大输出功率密度达到了23w/m-2，是单纯的氧化钨膜的三倍多。光照后，功率密度提升了58.3％；能量转化效率从25.5％增加到34％。
30、(5)本专利技术构建的发电系统，应用范围广，可用于ph＝3-10的电解质溶液中，且在使用过程中可根据ph调节光响应异质纳米流体膜厚度，进而实现能量转化效率的最大化；此外，性能稳定，在无外加电解液下，经过8小时的i-t测试曲线，电流衰减了11.4％，经过1个月的测试后，其发电效率仅衰退了6％。
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1.一种光响应异质纳米流体膜，其特征在于，所述纳米流体膜由两种具有能带匹配的半导体材料逐层堆叠形成异质结构，一层为具有光响应的多孔半导体膜，另一层为促进电荷分离的多孔半导体膜，促进电荷分离的半导体膜中还含有阳离子纳米纤维，两层半导体膜电荷相反、部分孔道互通且孔径不同。
2.根据权利要求1所述的流体膜，其特征在于，纳米流体膜中具有光响应的半导体材料的含量为40-70wt％，促进电荷分离的半导体膜中阳离子纳米纤维含量为0-3wt％。
3.根据权利要求1所述的流体膜，其特征在于，具有光响应的半导体膜由纳米线状或纳米片状半导体材料堆叠而成，其中纳米线状半导体材料为氧化钨、氧化钼或二氧化钛，纳米片状半导体材料为硫铟锌或氮化碳，促进电荷分离的半导体膜为由纳米片状半导体材料堆叠而成，纳米片状半导体材料为硫化钼、硫化钨、氢氧化钴或氢氧化镍。
4.根据权利要求1所述的流体膜，其特征在于，具有光响应的半导体膜厚度为1-15μm，孔径为2-120nm，促进电荷分离的半导体膜厚度为1-15μm，孔径为0.2-120nm。
5.权利要求1-4任一项所述的光响
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，热处理温度为60-200℃，时间为2-24h。
7.权利要求1-4任一项所述的光响应异质纳米流体膜在盐差能发电系统中的应用。
8.权利要求1-4任一项所述的光响应异质纳米流体膜在光辅盐差能发电系统中的应用。
9.一种高效发电的光辅或非光辅盐差能发电系统，其特征在于，所述发电系统以权利要求1-4任一项所述的光响应异质纳米流体膜作为隔膜，隔膜两侧为具有浓度差的电解质溶液，光照采用不对称照射的方式。
10.根据权利要求9所述的发电系统，其特征在于，隔膜两侧电解质相同，隔膜两侧电解质溶液的浓度差为5-500倍，电解质溶液pH为3-10，光照的功率为0-600mW/cm2，时长为0-30天。
...【技术特征摘要】
1.一种光响应异质纳米流体膜，其特征在于，所述纳米流体膜由两种具有能带匹配的半导体材料逐层堆叠形成异质结构，一层为具有光响应的多孔半导体膜，另一层为促进电荷分离的多孔半导体膜，促进电荷分离的半导体膜中还含有阳离子纳米纤维，两层半导体膜电荷相反、部分孔道互通且孔径不同。
2.根据权利要求1所述的流体膜，其特征在于，纳米流体膜中具有光响应的半导体材料的含量为40-70wt％，促进电荷分离的半导体膜中阳离子纳米纤维含量为0-3wt％。
3.根据权利要求1所述的流体膜，其特征在于，具有光响应的半导体膜由纳米线状或纳米片状半导体材料堆叠而成，其中纳米线状半导体材料为氧化钨、氧化钼或二氧化钛，纳米片状半导体材料为硫铟锌或氮化碳，促进电荷分离的半导体膜为由纳米片状半导体材料堆叠而成，纳米片状半导体材料为硫化钼、硫化钨、氢氧化钴或氢氧化镍。
4.根据权利要求1所述的流体膜，其特征在于，具有光响应的半导体膜厚度为1-15μm，孔径为2-1...
【专利技术属性】
技术研发人员：田春贵，夏世璇，付宏刚，汪楠，郭婧怡，
申请(专利权)人：黑龙江大学，
类型：发明
国别省市：
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