BB娱乐平台登录艾弗森ACS NANO MXene气凝胶—有机水凝胶双层

　　湿度驱动能量发生器(MEGs)是能量转换的一种有前途的技术。近来，独立薄膜型湿度驱动能量发生器的应用得到了证明，其中的活性材料能够从环境中吸收水分，从而有效地产生电力，但大多数器件性能受到湿度的限制。设备通常在有足够的湿度梯度的环境下工作，但当设备处于饱和状态时，其性能随着外部湿度的增加而下降。在较低的外部湿度下，高湿饱和设备与低湿环境之间会形成较大的湿度梯度，能够提高设备的性能。然而，当设备长时间暴露在相对较低的湿度时，由于缺乏保水能力，设备性能将迅速下降。这种不耐湿度和发电可持续性差等特点极大地限制了独立式MEG的长期户外应用，尤其是在其在阳光充足、干燥的天气下。为此，延世大学Cheolmin Park教授团队提出了一种具有优异环境弹性的可长期运行的高性能双层MEG。该MEG具有一个3D结构的、带负电荷的、亲水的MXene气凝胶膜，该气凝胶膜堆叠在含有离子盐的聚丙烯酰胺(PAM)水凝胶上，夹在顶部和底部电极之间，可在大范围的外部湿度(20 - 95%)下产生高电输出。

　　研究人员采用了双层结构的MEG，将凝胶化的MXene悬浮液真空过滤后冷冻干燥，制备独立的MXene (Ti 3C 2T x)气凝胶，采用自由基聚合法制备高柔性PAM离子水凝胶作为膜型储层并在60℃下滴铸，所得离子水凝胶的厚度约为1mm。将底部电极粘在聚对苯二甲酸乙酯(PET)底物上，然后依次沉积PAM水凝胶、MXene气凝胶和顶部电极制备了MXene气凝胶-水凝胶MEG (MAH-MEG)。活性材料三维(3D) MXene (Ti 3C 2T x)气凝胶具有高导电性、高表面积和丰富的表面官能团，可以提供优先的电荷相互作用，作为发电机垂直堆叠在水凝胶上作为储湿器。有机水凝胶具有长期保水性和结构完整性，故制备的MAH-MEG具有良好的环境耐受性和长期运包含亲水性，带负电的MXene气凝胶和PAM水凝胶供应的水，其最大V oc, J sc和功率密度分别约为600 mV, 1160μA cm - 2和24.8μW cm - 2。高多孔MXene气凝胶发电层内部水分梯度受外界湿度影响小，性能可靠。此外，使用MXO-MEG将MXene气凝胶与PAM有机水凝胶结合使用，具有优异的保水性和结构稳定性，可实现约430 mV的高度可持续发电，持续时间超过15天。MXO-MEG在相对湿度为20%至95%，温度范围为-20至80°C的情况下表现始终良好，这使得它适合在广泛的户外环境中进行便携式和可穿戴式发电。DFT计算结果证实，由于阳离子的扩散能垒比阴离子低，阳离子和阴离子的分离使MXene表面发生了良好的表面充电。此外，独立的MXO-MEG可安装在皮肤上，有望通过测量其I sc来检测手指弯曲和面部表情的变化。该工作为今后研究大湿度条件下MEG的功能提供了参考并拓展了MXene气凝胶和水凝胶在该领域的应用。