發(fā)布時(shí)間：2021-10-08 14:18

　　如何利用自然界廣泛存在的水蒸發(fā)能是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的課題。以表面具有豐富官能團(tuán)和優(yōu)異親水性的氧化石墨烯（GO）做發(fā)電材料,以肼還原制備的還原氧化石墨烯（RGO）作電極材料,通過簡(jiǎn)單滴注法在聚對(duì)苯二甲酸乙二酯（PET）襯底上構(gòu)筑GO/RGO的柔性發(fā)電機(jī),并研究其水蒸發(fā)誘導(dǎo)的發(fā)電性能。結(jié)果表明,固定GO薄膜發(fā)電機(jī)的工作面積為4.5 cm×1.5 cm,以室溫自然水蒸發(fā)為驅(qū)動(dòng)力,可以輸出90 mV的開路電勢(shì)(V_oc)以及0.6μA的短路電流(I_sc),最大功率密度可達(dá)1.25μW/cm³。該驅(qū)動(dòng)器同時(shí)展示出優(yōu)異的柔性和較高的穩(wěn)定性。通過控制體系的水蒸發(fā)發(fā)生與否,并基于經(jīng)典流動(dòng)電勢(shì)理論,提出了水蒸發(fā)誘導(dǎo)的GO/RGO柔性發(fā)電機(jī)的發(fā)電機(jī)制。提出了步驟簡(jiǎn)易、成本低廉、性能穩(wěn)定的水蒸發(fā)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)制備新思路,為新型水蒸發(fā)能的利用提供了新途徑。 

【文章來(lái)源】：應(yīng)用化學(xué). 2020,37(10)北大核心CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：8 頁(yè)

【部分圖文】：

基于GO/RGO的柔性發(fā)電機(jī)的制作和測(cè)試示意圖

圖2A為柔性納米發(fā)電機(jī)器件的照片。 GO薄膜光滑均勻地結(jié)合在兩個(gè)L型RGO電極之間的柔性PET基底表面,工作面積為4.5 cm×1.5 cm。 GO/RGO發(fā)電機(jī)的SEM測(cè)試如圖2B所示。 從圖2中可以觀察到,GO薄膜表面呈現(xiàn)致密的光滑狀態(tài),與文獻(xiàn)[20-22]報(bào)道結(jié)果相似。 肼還原制備的RGO薄膜表面呈現(xiàn)褶皺,說明其無(wú)序度增加,與Raman光譜分析一致[23]。 此外,GO與RGO薄膜結(jié)合緊密,二者之間展現(xiàn)出較強(qiáng)的相互作用,這將有助于提高發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定性,同時(shí)有利于電子在GO和RGO之間傳遞以提高發(fā)電機(jī)的電能輸出。2.3 GO/RGO柔性納米發(fā)電機(jī)的電學(xué)性能

GO/RGO柔性發(fā)電機(jī)密封在裝有去離子水的測(cè)試容器中,容器外的環(huán)境溫度約為25 ℃,相對(duì)濕度約為50%,當(dāng)容器內(nèi)的濕度接近飽和濕度時(shí),開始進(jìn)行電學(xué)性能測(cè)試。 圖3A和3B給出了容器打開前后發(fā)電機(jī)的開路電勢(shì)-時(shí)間(Voc-t)和短路電流-時(shí)間(Isc-t)曲線。 從圖3A 和3B中可以看到,當(dāng)容器密閉時(shí),發(fā)電機(jī)輸出的電勢(shì)和電流幾乎為零。 而當(dāng)打開密閉容器后,GO/RGO發(fā)電機(jī)薄膜表面虹吸的水開始產(chǎn)生凈蒸發(fā)并伴有電勢(shì)和電流輸出[24]。 隨著時(shí)間的延長(zhǎng),發(fā)電機(jī)的Voc和Isc逐漸增加,當(dāng)二者分別達(dá)到90 mV和0.6 μA時(shí)趨于穩(wěn)定。 上述現(xiàn)象說明發(fā)電機(jī)表面的水蒸發(fā)可誘導(dǎo)產(chǎn)生電勢(shì)和電流。 我們對(duì)發(fā)電機(jī)的輸出性能進(jìn)行了系統(tǒng)研究。 在不連接任何外部負(fù)載電阻(RL)的情況下,發(fā)電機(jī)的電流-電勢(shì)(I-V)曲線表現(xiàn)為歐姆特性函數(shù),結(jié)果如圖3C所示。 當(dāng)蒸發(fā)達(dá)到穩(wěn)定后,發(fā)電機(jī)的Voc和Isc分別穩(wěn)定在90 mV和0.6 μA左右,這與(V-t)以及(I-t)曲線測(cè)試結(jié)果一致,通過計(jì)算曲線斜率可知發(fā)電機(jī)的內(nèi)部電阻約為0.15 MΩ。 我們將1 Ω到100 MΩ的電阻與發(fā)電機(jī)進(jìn)行串聯(lián),得到發(fā)電機(jī)輸出性能隨外部RL的變化曲線。 如圖3D和3E所示,從圖3D和3E中可以觀察到,隨著串聯(lián)電阻的升高,路端電阻上的電勢(shì)從0 V升高到90 mV,路端電流從0.6 μA降低到0 A。 通過計(jì)算,當(dāng)路端電阻為0.15 MΩ時(shí),發(fā)電機(jī)達(dá)到了13.5 nW的最大輸出功率,其最大功率密度為1.25 μW/cm3。圖4 容器開啟和關(guān)閉時(shí),基于GO/RGO柔性發(fā)電機(jī)的Voc和容器內(nèi)部溫濕度之間的關(guān)系圖

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]石墨烯迷你馬達(dá)的自組裝制備及其乙醇驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)和油品吸附性能[J]. 趙佳欣,謝亞橋,李杰蘭,徐子迪,高峰,曲江英.  應(yīng)用化學(xué). 2019(10)
[2]石墨烯基微電極的制備及其在電化學(xué)傳感中的應(yīng)用[J]. 陳立偉,韓慶,張慧敏,曲良體.  應(yīng)用化學(xué). 2018(03)



本文編號(hào)：3424331