本发明属于湿气发电，涉及一种基于氧氯化铜纳米颗粒的湿气发电薄膜及制备方法和应用。
背景技术：
1、目前，采用传统化石燃料产生电力仍在全球范围内占主导地位。然而随着化石能源的日渐枯竭及其产生的环境污染，开发新技术将清洁和可再生能源转换为电力，对于应对未来的能源危机、环境危机和发展危机有着重要的研究价值和意义，是未来人类与社会可持续发展的必经之路。
2、地球表面的71％被水覆盖，不同形式水(如冰、液态水与水蒸气)之间的转化构成了水的循环，并伴随着大量的能量(机械能、潜热能和化学势能等)交换。如果高效利用这些能量，不仅解决能源与环境问题，也为开发独立的分布式能源系统带来了巨大的机遇。近期，基于湿气吸附诱导发电技术获得了广泛的关注，基于该技术构建的湿气发电器件可以将空气中水蒸气的化学势能转换为电能。具体原理是材料表面吸附空气中的水分子，在功能性官能团作用下产生自由移动离子并在材料内部形成离子浓度差，从而产生电势差。目前，构建湿气发电机有两种策略：一是制备成分均一的湿气发电材料，通过器件结构设计，在材料内部形成湿度梯度，这种技术的优点是制备方法相对简单，但由于材料内部成分均一，在实际使用过程中难以形成持续的湿度梯度，材料内部的离子浓度差会很快消失，无法持续工作；二是调控材料内部结构，通过构筑异质结构形成官能团浓度梯度，这种技术可以在湿度均一的环境中可以持续产生电能，但现有构建浓度梯度的制备方法相对复杂，例如化学改性技术、电化学极化技术、激光修饰还原技术等。此外，目前研究的材料大多为碳材料、有机高分子、金属有机框架等材料，成本较高，限制了该技术的应用。
3、专利cn116789165a公开了一种球形碱式氯化铜及其制备方法，包括如下步骤：将晶种盐酸催化碱式氯化铜和水混合均匀，得到晶种分散液；在晶种分散液中加入经除杂后的酸性含铜蚀刻废液、氨水和稳定剂，得到ph值为4-5.5的混合反应物；加热混合反应物，加热温度为40-80℃，并在搅拌速度为100-200r/min下搅拌混合反应物，反应后分离，收集固体物质，干燥，得到球形碱式氯化铜。虽然利用废液回收合成氧氯化铜，但是该方法需将废液除杂后进行合成，且操作复杂，所合成的球形碱式氯化铜尺寸为50-100μm，在材料学等领域应用开发价值较小。
4、专利cn115882748a公开了一种基于碳化物半导体的湿气发电器件及其制备方法和应用，所述湿气发电器件包括活性层、正极电极和负极电极，所述活性层包括具有纳米结构的碳化物半导体；将具有纳米结构的碳化物半导体溶解制成碳化物分散液，使所述碳化物分散液在正极电极和负极电极之间形成活性层薄膜，得到所述湿气发电器件。但是该专利中所述的碳化物半导体不具有保水性，难以产生持续地电信号输出。
技术实现思路
1、本发明的目的就是为了克服上述现有湿气发电器件技术存在的至少一种缺陷而提供一种基于氧氯化铜纳米颗粒的湿气发电薄膜及制备方法和应用，本发明可在较宽的湿度范围环境下持续发电，可产生高的开路电压以及短路电流密度，输出峰值功率密度较高。
2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
3、本发明的技术方案之一在于，提供一种基于氧氯化铜纳米颗粒的湿气发电薄膜，该湿气发电薄膜通过氯化铜与络合剂和修饰剂先后以化学方法合成的氧氯化铜纳米颗粒，再与高分子成膜剂混合干燥后获得；
4、氯化铜与络合剂的摩尔比为(1-4):(1-4)，氯化铜与修饰剂的摩尔比为(1-8):(1-4)，氧氯化铜纳米颗粒与高分子成膜剂的质量比为(80-95):(5-20)。
5、进一步地，所述络合剂选自三乙醇胺、三聚磷酸钠、酒石酸中的一种或多种，所述修饰剂选自茶多酚、抗坏血酸、生育酚中的一种或多种；
6、所述高分子成膜剂选自聚乙烯醇、聚乙二醇、羧甲基纤维素钠、聚氧化乙烯、羟丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素中的一种或多种。
7、进一步地，所述基于氧氯化铜纳米颗粒的湿气发电薄膜的厚度为50-200μm。
8、本发明的技术方案之一在于，提供一种所述的基于氧氯化铜纳米颗粒的湿气发电薄膜的制备方法，该方法包括以下步骤：
9、s1、氧氯化铜纳米颗粒的合成，
10、将氯化铜溶液和络合剂溶液搅拌混合反应，随后在混合溶液中加入修饰剂溶液，充分搅拌混合修饰后进行静置熟化，随后将混合液离心洗涤并干燥，得到氧氯化铜纳米颗粒粉末；
11、s2、基于氧氯化铜纳米颗粒的湿气发电薄膜的制备，
12、将氧氯化铜纳米颗粒粉末通过超声破碎分散于分散溶剂中，形成氧氯化铜纳米颗粒分散液，随后将氧氯化铜纳米颗粒分散液和高分子成膜剂溶液搅拌混合，并浓缩得到氧氯化铜纳米颗粒悬浊液，将氧氯化铜纳米颗粒悬浊液滴涂于基板上，干燥以去除水分后获得基于氧氯化铜纳米颗粒的湿气发电薄膜。
13、进一步地，步骤s1中氯化铜溶液、络合剂溶液和修饰剂溶液的溶剂均选自水、乙醇、丙酮中的一种或多种；
14、氯化铜溶液和络合剂溶液的摩尔浓度均为0.4-1.2mol/l，氯化铜溶液与络合剂溶液的体积比为1:(0.5-1.5)；
15、修饰剂溶液的摩尔浓度为0.1-0.4mol/l，混合溶液与修饰剂溶液的体积比为1:(0.5-1.5)。
16、进一步地，步骤s2中分散溶剂选自水、乙醇、丙酮中的一种或多种；
17、高分子成膜剂溶液的溶剂选自水、乙醇、丙二醇、异丙醇中的一种或多种；
18、氧氯化铜纳米颗粒分散液的质量浓度为60-120g/l；
19、高分子成膜剂溶液的质量分数为2-18wt％，氧氯化铜纳米颗粒分散液与高分子成膜剂溶液的体积比为1:(0.5-1.5)，氧氯化铜纳米颗粒悬浊液的质量浓度为70-130g/l。
20、进一步地，步骤s1中混合反应和混合修饰的温度均为15-35℃，时间均为1-10min；
21、熟化的温度为15-35℃，时间为3-9h；
22、干燥的温度为50-70℃，时间为1-3h。
23、进一步地，步骤s2中超声的频率为15-25khz，分散的温度为15-35℃，时间为15-60min；
24、混合的温度为15-35℃，时间为15-60min；
25、干燥的温度为50-70℃，时间为20-40min。
26、作为优选的技术方案，步骤s2中通过滴涂不同体积的氧氯化铜纳米颗粒悬浊液可以获得不同厚度的基于氧氯化铜纳米颗粒的湿气发电薄膜，氧氯化铜纳米颗粒悬浊液的体积与基于氧氯化铜纳米颗粒的湿气发电薄膜的厚度之比为(100-250μl/cm2):(50-200μm)。
27、作为优选的技术方案，步骤s2中干燥完成后，将基板剥离，获得基于氧氯化铜纳米颗粒的湿气发电薄膜。
28、本发明的技术方案之一在于，提供一种所述的基于氧氯化铜纳米颗粒的湿气发电薄膜的应用，所述湿气发电薄膜应用于湿气发电器件，该湿气发电器件包括底电极、湿气发电薄膜和顶电极。
29、进一步地，所述底电极和顶电极选自金电极、银电极、铜电极、铝电极、镍电极、掺氟的二氧化锡(fto)导电玻璃电极、石墨电极、碳纳米管电极中的一种或多种；
30、所述顶电极的面积为湿气发电薄膜的面积的65-80％，以便湿气发电器件有效吸收空气中的水分子，非对称上下电极可以使湿气发电器件内部形成湿度梯度；
31、所述底电极的面积大于等于湿气发电薄膜的面积。
32、作为优选的技术方案，将基于氧氯化铜纳米颗粒的湿气发电薄膜贴附于亲水性处理后的底电极上面；
33、于基于氧氯化铜纳米颗粒的湿气发电薄膜的顶部粘贴顶电极，获得基于氧氯化铜薄膜的湿气发电器件。
34、作为优选的技术方案，将底电极通过等离子体清洗、涂层喷涂或激光微结构化进行亲水性处理。
35、作为优选的技术方案，所述等离子体包括氧气等离子体、氮气等离子体或氩气等离子体。
36、作为优选的技术方案，所述清洗的时间为2-4min。
37、作为优选的技术方案，将基于氧氯化铜纳米颗粒的湿气发电薄膜使用水、乙醇或丙酮贴附于亲水性处理后的底电极上面，并干燥，由于范德华力作用，经过干燥后，所述基于氧氯化铜纳米颗粒的湿气发电薄膜与底电极紧密贴合。
38、作为优选的技术方案，所述干燥的温度为50-70℃，时间为20-40min。
39、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
40、(1)本发明提供了一种高效湿气发电器件及其制备方法，以氧氯化铜纳米颗粒与有机高分子结合，以氧氯化铜薄膜作为核心层，制备出湿气发电薄膜器件；氧氯化铜纳米颗粒本身强的吸湿性可以高效捕获空气中的水分子，在薄膜上下形成湿度梯度，并促进水分子电离程度；氧氯化铜薄膜中在界面形成的双电层使负离子在湿度梯度下定向迁移，实现离子传输；基于所述机理，本发明提供的基于氧氯化铜薄膜的湿气发电器件可以高效实现将水蒸气化学势能转化为电能；
41、(2)本发明所述基于氧氯化铜薄膜的湿气发电器件由于氧氯化铜纳米颗粒合成材料以及高分子成膜剂等作为核心原材料具有成本低廉、制备工艺流程简单等优点，可实现低成本高输出持续湿气发电器件的批量化制备；制备得到的湿气发电器件可在较宽的湿度范围环境下持续发电，可产生高的开路电压以及短路电流密度，输出峰值功率密度较高；此外，通过简单的电极引线制备与阵列化集成，便可以进一步提升电输出性能，从而实现器件的实际应用；因此，本发明将进一步推动湿气诱导发电材料与器件领域的实际应用。
1.一种基于氧氯化铜纳米颗粒的湿气发电薄膜，其特征在于，该湿气发电薄膜通过氯化铜与络合剂和修饰剂合成的氧氯化铜纳米颗粒，再与高分子成膜剂混合干燥后获得；
2.根据权利要求1所述的一种基于氧氯化铜纳米颗粒的湿气发电薄膜，其特征在于，所述络合剂选自三乙醇胺、三聚磷酸钠、酒石酸中的一种或多种，所述修饰剂选自茶多酚、抗坏血酸、生育酚中的一种或多种；
3.根据权利要求1所述的一种基于氧氯化铜纳米颗粒的湿气发电薄膜，其特征在于，所述基于氧氯化铜纳米颗粒的湿气发电薄膜的厚度为50-200μm。
4.一种如权利要求1至3中任一项所述的基于氧氯化铜纳米颗粒的湿气发电薄膜的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种基于氧氯化铜纳米颗粒的湿气发电薄膜的制备方法，其特征在于，步骤s1中氯化铜溶液、络合剂溶液和修饰剂溶液的溶剂均选自水、乙醇、丙酮中的一种或多种；
6.根据权利要求4所述的一种基于氧氯化铜纳米颗粒的湿气发电薄膜的制备方法，其特征在于，步骤s2中分散溶剂选自水、乙醇、丙酮中的一种或多种；
7.根据权利要求4所述的一种基于氧氯化铜纳米颗粒的湿气发电薄膜的制备方法，其特征在于，步骤s1中混合反应和混合修饰的温度均为15-35℃，时间均为1-10min；
8.根据权利要求4所述的一种基于氧氯化铜纳米颗粒的湿气发电薄膜的制备方法，其特征在于，步骤s2中超声的频率为15-25khz，分散的温度为15-35℃，时间为15-60min；
9.一种如权利要求1至3中任一项所述的基于氧氯化铜纳米颗粒的湿气发电薄膜的应用，其特征在于，所述湿气发电薄膜应用于湿气发电器件，该湿气发电器件包括底电极、湿气发电薄膜和顶电极。
10.根据权利要求9所述的一种基于氧氯化铜纳米颗粒的湿气发电薄膜的应用，其特征在于，所述底电极和顶电极选自金电极、银电极、铜电极、铝电极、镍电极、掺氟的二氧化锡导电玻璃电极、石墨电极、碳纳米管电极中的一种或多种；
