本發明涉(she)及(ji)膜制備。更具體地(di)，涉(she)及(ji)一種mos2/ti3c2tx平(ping)面異質膜，制備及(ji)其(qi)應用。

背景技術：

1、跨細(xi)胞膜(mo)的(de)(de)(de)離(li)(li)子(zi)傳輸對(dui)于生(sheng)物(wu)(wu)生(sheng)存至關重(zhong)要。生(sheng)物(wu)(wu)膜(mo)上的(de)(de)(de)離(li)(li)子(zi)通道稱(cheng)為(wei)膜(mo)蛋白，它可以在環(huan)境刺激下進行構象變(bian)化以控(kong)制離(li)(li)子(zi)傳輸和能(neng)(neng)量轉換。細(xi)菌(jun)視紫紅質是一(yi)(yi)種色素蛋白，存在于嗜(shi)鹽桿菌(jun)的(de)(de)(de)紫膜(mo)中(zhong)，受光(guang)激發可將質子(zi)傳輸到細(xi)胞外。這(zhe)在封閉的(de)(de)(de)膜(mo)系(xi)統(tong)中(zhong)產生(sheng)質子(zi)濃度(du)梯(ti)度(du)，促進atp合成并(bing)為(wei)生(sheng)物(wu)(wu)體提供(gong)能(neng)(neng)量。光(guang)驅(qu)動(dong)離(li)(li)子(zi)主動(dong)定向(xiang)傳輸現象也廣(guang)泛(fan)存在于脊椎(zhui)動(dong)物(wu)(wu)的(de)(de)(de)感光(guang)細(xi)胞中(zhong)。受自然界的(de)(de)(de)啟發，構建完全非生(sheng)物(wu)(wu)的(de)(de)(de)光(guang)收集光(guang)子(zi)-離(li)(li)子(zi)能(neng)(neng)量轉換納(na)米流體系(xi)統(tong)為(wei)利用太(tai)陽(yang)能(neng)(neng)提供(gong)了新思路。現有膜(mo)材料中(zhong)的(de)(de)(de)離(li)(li)子(zi)傳輸遵循濃度(du)梯(ti)度(du)。實現與生(sheng)物(wu)(wu)體一(yi)(yi)樣(yang)快速高效的(de)(de)(de)抗梯(ti)度(du)主動(dong)運(yun)輸仍然是一(yi)(yi)個巨(ju)大的(de)(de)(de)挑戰。

2、膠(jiao)體二(er)(er)維(2d)材料(liao)(liao)已廣泛(fan)用于制造仿生納(na)米流體通(tong)(tong)道，并(bing)且在(zai)(zai)(zai)埃范圍內出現新(xin)的(de)(de)傳輸(shu)現象以(yi)(yi)實現選擇性離子(zi)和(he)分子(zi)的(de)(de)快速傳輸(shu)。二(er)(er)維半導體過渡(du)金屬二(er)(er)硫化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)物(wu)(tmd)、二(er)(er)維過渡(du)金屬碳化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)物(wu)/氮化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)物(wu)(mxene)雜化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)物(wu)等新(xin)興二(er)(er)維材料(liao)(liao)具有特殊的(de)(de)物(wu)理化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)學性質，在(zai)(zai)(zai)太陽能利(li)用、光(guang)(guang)催化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)轉化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)、海水(shui)(shui)淡(dan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)等方面發揮著重要作用。mos2是(shi)典型的(de)(de)光(guang)(guang)敏tmd材料(liao)(liao)，具有寬(kuan)光(guang)(guang)譜吸收，是(shi)研究(jiu)(jiu)光(guang)(guang)響應(ying)(ying)納(na)米通(tong)(tong)道的(de)(de)代表性材料(liao)(liao)。碳化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)鈦(ti3c2tx)是(shi)研究(jiu)(jiu)最多(duo)的(de)(de)mxene之一，具有優異的(de)(de)導熱(re)性、電導率和(he)可調電子(zi)特性。其(qi)光(guang)(guang)熱(re)轉換效率可達(da)90％以(yi)(yi)上(shang)，在(zai)(zai)(zai)較寬(kuan)的(de)(de)波段具有良好的(de)(de)吸收。此外，其(qi)表面大量的(de)(de)親水(shui)(shui)基團使其(qi)可用于構(gou)建可快速輸(shu)送水(shui)(shui)的(de)(de)親水(shui)(shui)通(tong)(tong)道，是(shi)構(gou)建光(guang)(guang)熱(re)響應(ying)(ying)納(na)米通(tong)(tong)道的(de)(de)良好材料(liao)(liao)。

3、二維納米流體(ti)系統允許垂直(zhi)或水平地跨膜(mo)傳輸質(zhi)(zhi)(zhi)量和電(dian)荷(he)。目前，大多數基于(yu)二維材料的(de)(de)(de)(de)薄膜(mo)都是(shi)(shi)(shi)(shi)均質(zhi)(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)。對異(yi)(yi)(yi)質(zhi)(zhi)(zhi)結構(gou)(gou)的(de)(de)(de)(de)研究主要集中在(zai)(zai)垂直(zhi)異(yi)(yi)(yi)質(zhi)(zhi)(zhi)結構(gou)(gou)上(shang)，cn114454573a制備了(le)一種(zhong)ti3c2tx?mxene/go異(yi)(yi)(yi)質(zhi)(zhi)(zhi)膜(mo)，該異(yi)(yi)(yi)質(zhi)(zhi)(zhi)膜(mo)為三層膜(mo)的(de)(de)(de)(de)垂直(zhi)異(yi)(yi)(yi)質(zhi)(zhi)(zhi)結構(gou)(gou)，中間(jian)一層是(shi)(shi)(shi)(shi)由(you)ti3c2tx?mxene分散液抽濾得到的(de)(de)(de)(de)功能膜(mo)，可實現(xian)(xian)對電(dian)磁的(de)(de)(de)(de)屏蔽作用，但是(shi)(shi)(shi)(shi)這種(zhong)膜(mo)是(shi)(shi)(shi)(shi)垂直(zhi)方向上(shang)的(de)(de)(de)(de)異(yi)(yi)(yi)質(zhi)(zhi)(zhi)結構(gou)(gou)，在(zai)(zai)整個橫向尺度上(shang)仍(reng)為均質(zhi)(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)，則不(bu)(bu)能實現(xian)(xian)離(li)子(zi)水平方向上(shang)的(de)(de)(de)(de)不(bu)(bu)對稱輸運(yun)。目前報(bao)道(dao)的(de)(de)(de)(de)二維納米流體(ti)系統中水平異(yi)(yi)(yi)質(zhi)(zhi)(zhi)結構(gou)(gou)的(de)(de)(de)(de)研究仍(reng)非常少見，更不(bu)(bu)用說對離(li)子(zi)不(bu)(bu)對稱輸運(yun)特性相應(ying)研究了(le)。

4、因此，急需開發一種制備水平異質結構(gou)的方法，以便(bian)于制備更多(duo)類(lei)型的異質膜。

技術實現思路

1、基于以上問題，本發(fa)明第一個目(mu)的(de)旨在提供一種(zhong)mos2/ti3c2tx平面(mian)異質(zhi)(zhi)膜的(de)制備方法(fa)。該制備方法(fa)依托于自研的(de)雙(shuang)流(liu)體(ti)過濾裝置成功制備出一種(zhong)mos2/ti3c2tx異質(zhi)(zhi)膜，為平面(mian)異質(zhi)(zhi)結(jie)構，通過該制備方法(fa)得到(dao)的(de)異質(zhi)(zhi)膜賦予其優異的(de)光電響應(ying)和光熱響應(ying)。

2、本(ben)發明第二個目(mu)的旨在提供一種采用如上方法制備的mos2/ti3c2tx平(ping)面(mian)異質(zhi)膜。

3、本發明第三個目的旨在(zai)提供(gong)一種如上(shang)所述(shu)的mos2/ti3c2tx平面(mian)異質膜在(zai)離子輸運(yun)、能(neng)量(liang)轉換、太陽能(neng)利用(yong)(yong)中的應用(yong)(yong)。

4、本發明所述的(de)平(ping)面(mian)異(yi)質(zhi)(zhi)膜指(zhi)的(de)是在水平(ping)方(fang)向上由(you)不(bu)同物質(zhi)(zhi)連接形成一個完(wan)整平(ping)面(mian)的(de)二維層狀異(yi)質(zhi)(zhi)結(jie)構，區別于現有技術中(例如(ru)cn114454573a)在水平(ping)方(fang)向上均(jun)質(zhi)(zhi)，在垂直方(fang)向上堆疊的(de)異(yi)質(zhi)(zhi)膜。

5、為達(da)到上述第一個目的，本(ben)發明的技術方案(an)如下：

6、本發明提供(gong)一種mos2/ti3c2tx平面異質膜的制備(bei)方(fang)法，所述mos2/ti3c2tx平面異質膜是(shi)通(tong)過雙流(liu)體過濾裝置制備(bei)得到(dao)的；

7、其中，所述(shu)雙(shuang)流體過濾裝置包(bao)括：

8、過濾杯；

9、抽濾件；

10、以及真(zhen)空抽(chou)濾系統(tong)；

11、所(suo)(suo)述過濾杯上下開(kai)口，內部設置有(you)(you)起分(fen)隔液體(ti)作用(yong)的隔板，所(suo)(suo)述隔板將所(suo)(suo)述過濾杯平均(jun)分(fen)隔為a、b兩室，所(suo)(suo)述隔板的下沿與所(suo)(suo)述抽濾件之間留有(you)(you)距離以保證a、b兩室在(zai)底部相連；

12、所述抽(chou)濾件可拆卸的安裝于過濾杯(bei)底部，包含至少一(yi)層濾膜(mo)；

13、所述抽濾(lv)件與集(ji)液瓶之(zhi)間還設置有(you)多孔玻(bo)璃支(zhi)撐體(ti)，用于為(wei)所述抽濾(lv)件提供(gong)支(zhi)撐；

14、所述過濾杯、抽(chou)濾件(jian)、多孔玻璃(li)支(zhi)撐體以及(ji)集液瓶(ping)通(tong)過外設的鎖閉(bi)元件(jian)進行鎖緊固定；

15、具體制備過程(cheng)包(bao)括如下步驟：

16、將等濃度的(de)mos2納(na)米(mi)片水(shui)分散(san)液和(he)ti3c2tx納(na)米(mi)片水(shui)分散(san)液分別逐滴加(jia)(jia)到雙流體過(guo)濾(lv)裝置的(de)過(guo)濾(lv)杯(bei)的(de)a、b室內，控制(zhi)所(suo)述mos2納(na)米(mi)片水(shui)分散(san)液和(he)ti3c2tx納(na)米(mi)片水(shui)分散(san)液滴加(jia)(jia)的(de)速率和(he)體積相同，滴加(jia)(jia)完畢后打開真(zhen)空(kong)抽(chou)濾(lv)系統(tong)，進行真(zhen)空(kong)抽(chou)濾(lv)，抽(chou)濾(lv)結束(shu)后經(jing)烘干(gan)得到完整的(de)mos2/ti3c2tx平面異質(zhi)膜。

17、進一步，所(suo)述mos2納米(mi)(mi)片水分散液的濃度為(wei)0.1-0.4mg/ml；所(suo)述ti3c2tx納米(mi)(mi)片水分散液的濃度為(wei)0.1-0.4mg/ml。

18、進一步，在mos2納(na)米(mi)片水分散(san)液(ye)和ti3c2tx納(na)米(mi)片水分散(san)液(ye)加入到所(suo)述雙流體過濾裝置前還包括(kuo)分別對(dui)兩(liang)種水分散(san)液(ye)進行超聲分散(san)處理。

19、進(jin)一(yi)步，所(suo)述mos2/ti3c2tx平(ping)面異質膜(mo)在(zai)所(suo)述抽濾件表面沉積形(xing)成，所(suo)述mos2/ti3c2tx平(ping)面異質膜(mo)的其(qi)中一(yi)半區域沉積有(you)mos2納(na)米片，另一(yi)半區域沉積有(you)ti3c2tx納(na)米片。

20、進(jin)一(yi)步，所述抽濾時間為(wei)5-30min。

21、進(jin)一步，所述烘干條件為(wei)25-60℃下干燥(zao)10-60分鐘。

22、進一步，所述(shu)濾(lv)膜(mo)(mo)的材質包括(kuo)但不(bu)限于聚(ju)碳酸(suan)酯膜(mo)(mo)、親水性(xing)混合(he)纖維素膜(mo)(mo)、聚(ju)偏氟(fu)乙烯濾(lv)膜(mo)(mo)、尼龍濾(lv)膜(mo)(mo)或聚(ju)四氟(fu)乙烯濾(lv)膜(mo)(mo)中(zhong)的一種。

23、為達到上(shang)述第(di)二個目的(de)(de)，本發明(ming)的(de)(de)技術方(fang)案如下：

24、本發明提供一種采(cai)用如上方(fang)法制備的(de)mos2/ti3c2tx平面(mian)異質(zhi)膜。

25、進一步，所述mos2/ti3c2tx平面異質膜為二維層狀結構，其厚度為1-100μm。

26、為達到上述第三個目的，本(ben)發明的技術方案(an)如(ru)下：

27、本發(fa)明提供一種利用如上所述(shu)mos2/ti3c2tx平面異質膜(mo)在離子輸運、能量(liang)轉(zhuan)換、太陽(yang)能利用中的應用。

28、本發明的有益效果如下：

29、本發明(ming)提供的(de)制(zhi)(zhi)備方法中(zhong)，通過雙流體(ti)過濾(lv)裝(zhuang)置成(cheng)功在濾(lv)膜(mo)上制(zhi)(zhi)備出mos2/ti3c2tx平(ping)面(mian)(mian)異(yi)(yi)質膜(mo)，所得(de)平(ping)面(mian)(mian)異(yi)(yi)質膜(mo)為(wei)水(shui)平(ping)異(yi)(yi)質結(jie)構，進一(yi)步通過水(shui)分散(san)液濃度的(de)控制(zhi)(zhi)、不同納米片搭配的(de)選擇、隔板與濾(lv)膜(mo)的(de)距離控制(zhi)(zhi)最(zui)終保證了形成(cheng)的(de)mos2/ti3c2tx平(ping)面(mian)(mian)異(yi)(yi)質膜(mo)界(jie)線分明(ming)，這種特殊(shu)結(jie)構的(de)平(ping)面(mian)(mian)異(yi)(yi)質膜(mo)兼具mos2優異(yi)(yi)的(de)光(guang)電性能和ti3c2tx光(guang)熱性能，并且，該(gai)制(zhi)(zhi)備方法操作簡便，制(zhi)(zhi)備條件溫和，得(de)到的(de)平(ping)面(mian)(mian)異(yi)(yi)質膜(mo)有望廣泛應用于(yu)離子輸運、能量轉(zhuan)換(huan)、太陽能利用等(deng)方面(mian)(mian)。

技術特征：

1.一種mos2/ti3c2tx平面(mian)異質(zhi)膜(mo)(mo)的(de)制備方法，其特征在于，所述mos2/ti3c2tx平面(mian)異質(zhi)膜(mo)(mo)是(shi)通過雙流體過濾裝(zhuang)置制備得(de)到(dao)的(de)；

2.根據權利要求(qiu)1所(suo)述的制備(bei)方(fang)法，其特征在于，所(suo)述mos2納(na)米(mi)片水分(fen)散液的濃度(du)為(wei)0.1-0.4mg/ml；所(suo)述ti3c2tx納(na)米(mi)片水分(fen)散液的濃度(du)為(wei)0.1-0.4mg/ml。

3.根據(ju)權(quan)利(li)要求1所述的制備方法，其特(te)征在于，在mos2納米片水(shui)分散(san)液和ti3c2tx納米片水(shui)分散(san)液加入到所述雙流體過濾裝置前還包括分別對兩種水(shui)分散(san)液進行(xing)超(chao)聲分散(san)處理。

4.根據權利要求(qiu)1所(suo)述的制備方法，其特征(zheng)在于，所(suo)述mos2/ti3c2tx平面異(yi)質膜在所(suo)述抽(chou)濾件表面沉(chen)積形(xing)成，所(suo)述mos2/ti3c2tx平面異(yi)質膜的其中一半區域(yu)(yu)沉(chen)積有(you)mos2納米片，另(ling)一半區域(yu)(yu)沉(chen)積有(you)ti3c2tx納米片。

5.根據權利要(yao)求(qiu)1所(suo)述的制備方法，其特征在于，所(suo)述抽濾時(shi)間為(wei)5-30min。

6.根據權利(li)要求1所述(shu)的制備方法，其特(te)征在于，所述(shu)烘(hong)干條件為25-60℃下干燥10-60分鐘。

7.根據權利要求1所述的(de)制備方法，其特征在于，所述濾膜(mo)的(de)材質包括聚(ju)(ju)碳酸酯膜(mo)、親水性混合(he)纖維素膜(mo)、聚(ju)(ju)偏氟乙(yi)烯濾膜(mo)、尼龍濾膜(mo)或聚(ju)(ju)四氟乙(yi)烯濾膜(mo)中的(de)一種。

8.一(yi)(yi)種mos2/ti3c2tx平面異(yi)質膜，其特征在(zai)于，采用如權利(li)要(yao)求1-7任一(yi)(yi)項(xiang)所述的(de)方法制備得到的(de)。

9.根據權利(li)要求(qiu)8所述的mos2/ti3c2tx平面異(yi)質(zhi)(zhi)膜，其(qi)特征在于(yu)，所述mos2/ti3c2tx平面異(yi)質(zhi)(zhi)膜為二(er)維(wei)層狀(zhuang)結構，其(qi)厚度(du)為1-100μm。

10.一種如(ru)權利要求(qiu)8或9所述的mos2/ti3c2tx平(ping)面異質膜在離(li)子(zi)輸運、能(neng)量(liang)轉換、太陽能(neng)利用中的應用。

技術總結
本發明公開一種MoS<subgt;2</subgt;/Ti<subgt;3</subgt;C<subgt;2</subgt;T<subgt;x</subgt;平面異質膜，制備及其應用。所述MoS<subgt;2</subgt;/Ti<subgt;3</subgt;C<subgt;2</subgt;T<subgt;x</subgt;平面異質膜是通過雙流體過濾裝置制備得到的；具體制備過程包括如下步驟：將等濃度的MoS<subgt;2</subgt;納米片水分散液和Ti<subgt;3</subgt;C<subgt;2</subgt;T<subgt;x</subgt;納米片水分散液分別逐滴加到雙流體過濾裝置的過濾杯的A、B室內，控制所述MoS<subgt;2</subgt;納米片水分散液和Ti<subgt;3</subgt;C<subgt;2</subgt;T<subgt;x</subgt;納米片水分散液滴加的速率和體積相同，滴加完畢后打開真空抽濾系統，進行真空抽濾，抽濾結束后經烘干得到完整的MoS<subgt;2</subgt;/Ti<subgt;3</subgt;C<subgt;2</subgt;T<subgt;x</subgt;平面異質膜。該制備方法操作簡便，制備條件溫和，得到異質膜兼具MoS<subgt;2</subgt;優異的光電性能和Ti<subgt;3</subgt;C<subgt;2</subgt;T<subgt;x</subgt;光熱性能，有望廣泛應用于離子輸運、能量轉換、太陽能利用等方面。

技術研發人員：權迪,孔祥玉,朱微微,江雷
受保護的技術使用者：中國科學院理化技術研究所
技術研發日：
技術公布日：2024/9/12