本發明屬于新能源，具體涉及一種利用濕氣發電的多孔材料及其制備方法與應用。

背景技術：

1、近十年來，隨著新能源材料科學和微納米技術的快速發展，濕氣發電機作為一種新興的環境能量收集技術，提供了從空氣中捕獲水蒸氣并轉化為電能的創新可能性，通過濕氣驅動發電，適應多種環境，尤其在無電力供應或偏遠地區具有應用潛力。

2、常見的濕氣發電機包括基于碳納米管、石墨烯、導電高分子等納米材料來實現能源轉換。這些設備在空氣濕度較高的環境中能夠有效吸收水分子，產生電荷分離和電流輸出。然而，現有濕氣發電設備大部分材料對水分子的吸附效率較低，導致發電效果大大減弱；并且現有的濕氣發電材料，如石墨烯和碳納米管，在長期濕度暴露條件下容易發生結構老化或性能衰退，導致設備的使用壽命縮短。在實際應用中存在一系列技術挑戰，限制了其進一步推廣。

3、多孔材料擁有豐富的微孔和介孔結構，能夠在材料表面和內部同時吸附水分子，有效提高濕氣吸收效率。濕氣發電機基于此類多孔材料，通過吸附空氣中的水分子并形成濕氣梯度，能夠有效地促進水分子在材料內部的擴散與傳輸。這一過程中，水分子的吸附與擴散能夠觸發材料表面或界面的電荷分離，從而驅動電流的產生。具體而言，當多孔材料吸濕后，其內部的水分子與材料表面發生相互作用，導致電荷的積累或電荷轉移。這種界面電荷傳輸機制不僅能夠顯著提高濕氣轉化為電能的效率，還能夠克服傳統發電設備在濕氣收集過程中的局限性。傳統濕氣發電系統往往依賴于有限的濕度差異來驅動能量轉換，而多孔材料通過其高度發達的孔隙結構和分子級別的吸濕特性，在各種濕度條件下均能穩定地收集水分，并將其轉化為可用的電能。這樣，基于多孔材料的濕氣發電技術突破了傳統濕氣發電設備的性能瓶頸，提供了一種更加高效、可靠的濕氣能量采集方案，適應了更多樣化的應用場景。

4、隨著社會需求的增加，單一環境下使用的濕氣發電設備已無法滿足多場景能量采集需求，因此，如何通過簡單且低成本的方法制備出能在多種環境中高效工作并具有穩定輸出的濕氣發電機是當前的研究熱點。為了實現更廣泛的應用，能夠快速、穩定、且具有高轉化效率的濕氣發電機技術開發成為研究的熱點。

5、公開號為cn116715804a的一種可濕度發電凝膠及其制備方法和應用，公開使用lm-cd-peg引發劑引發單體自由基聚合，在交聯劑的作用下制備可濕度發電凝膠；lm-cd-peg引發劑為鎵銦合金、β-環糊精和聚乙二醇的復合物，所述lm-cd-peg引發劑、交聯劑和單體的質量比為(18-20)：(3-5)：(30-50)。該技術方案在自然環境中便能形成穩定的濕度梯度，實現器件隨時隨地發電，但存在濕度相應速度慢、材料穩定性不足、濕度范圍適應性有待提高、制造成本較高等缺陷。

6、公開號為cn116015102a的一種環境濕度發電器件及其制備方法，公開環境濕度發電器件由基底、第一電極和第二電極、納米多孔材料層以及水凝膠層組成，水凝膠層鋪展在器件一端，使該端富含水分，另一端直接與環境接觸，形成穩定的濕度梯度，從而實現隨時隨地發電。此外，水凝膠層還會遷移到納米多孔材料層，有效降低器件內阻，增強電能輸出效果。但該技術方案濕度梯度維持時間較短、適應性受限、水凝膠遷移導致水凝膠層非均勻分布的缺陷、器件結構復雜，制造成本較高、濕度響應速度較慢等缺陷。

7、公開號為cn119051486a的一種層狀濕氣發電機及其制備方法，公開層狀濕氣發電機由蒸發層、傳輸層和吸水層依次層疊構成，其中蒸發層和吸水層分別連接電極，用于收集濕氣發電產生的電能。吸水層由吸水凝膠(如聚苯乙烯磺酸凝膠、聚乙烯醇凝膠等)構成，能夠從環境中吸收濕氣并提供濕度梯度；傳輸層由二維材料(如mxene、氧化石墨烯或黑磷)與聚離子液體組成，用于水分子和離子的定向輸運；蒸發層由多孔聚離子液體構成，是水分子與環境交換的門戶。通過該設計，濕氣發電機實現了水分子化學能向電能的高效轉換，可連續收集濕氣能量，且裝置具備優良的穩定性與可重復使用性能。但仍存在濕氣環境依賴性強、二維材料的溶脹問題、制備工藝的可控性和成本問題、動態濕度環境中的響應性能不足、重復利用性能的潛在退化、發電電壓與能量輸出有限等缺陷。

技術實現思路

1、為了克服現有技術存在的不足，本發明提供利用濕氣發電的多孔材料及其制備方法與應用，該多孔材料及基于該多孔材料的濕氣發電機的制備成本低、工藝流程簡單，基于該多孔材料的濕氣發電機可以實現高電流、電壓輸出，且輸出性能可保持長時間穩定。

2、本發明的技術方案為，一種利用濕氣發電的多孔材料，包含涂覆有mxene、pss和黃原膠混合物的改性織物。

3、所述mxene、pss和黃原膠的質量比為(5～16):(3～6):(0.5～3)，優選為(8～9):(4～6):(1～3)，更優選為(8～9):(4～6):2。

4、所述涂覆有mxene、pss和黃原膠混合物的改性織物的厚度為1～10層，優選為3-6層，更優選為4-5層；所述涂覆有mxene、pss和黃原膠混合物的改性織物的面積為1～25cm2，優選為10～20cm2，進一步優選為12～16cm2，更優選為12-15cm2，更優選為12-14cm2。

5、一種利用濕氣發電的多孔材料的制備方法，步驟包括：將織物在含有mxene、pss和黃原膠的混合溶液中浸漬后，干燥，得到涂覆有mxene、pss和黃原膠混合物的改性織物。

6、所述含有mxene、pss和黃原膠的混合溶液中，mxene、pss和黃原膠的質量比為(5～16):(3～6):(0.5～3)，優選為(8～9):(4～6):(1～3)，更優選為(8～9):(4～6):2；mxene的濃度為2-7mg/ml，優選為3-6mg/ml，進一步優選為4-5mg/ml。

7、所述含有mxene、pss和黃原膠的混合溶液的制備，包括：分別配置mxene溶液、pss溶液、黃原膠溶液，將mxene溶液、pss溶液、黃原膠溶液混合，配制含有mxene、pss和黃原膠的混合溶液。進一步地，先將pss溶液加入mxene溶液中，混合均勻，再加入黃原膠溶液，混合至均勻，配制含有mxene、pss和黃原膠的混合溶液。

8、所述mxene溶液的制備包括：將mxene加入去離子水中，超聲混勻，得到mxene溶液，濃度為2～12mg/ml，優選為8mg/ml。

9、所述pss溶液的制備包括：將pss溶液加入去離子水中，配制得到pss溶液，濃度為35～70mg/ml，優選為58mg/ml。

10、所述黃原膠溶液的制備包括：將黃原膠加入去離子水中，配制得到黃原膠溶液，濃度為1～10mg/ml，優選為6mg/ml。

11、所述混合采用磁力攪拌器攪拌混合，磁力攪拌時間為0.2～5h，攪拌速度為100～800rpm。

12、所述織物的厚度為1～10層，優選為3-6層，進一步優選為4-5層；所述織物的面積為1～25cm2，優選為10～20cm2，進一步優選為12～16cm2，進一步優選為12-15cm2，更進一步優選為12-14cm2。

13、本發明上述提供的利用濕氣發電的多孔材料可用于制備濕氣發電產品，適于在各種環境中利用濕氣發電，適于各種濕度環境中能量的收集。

14、本發明提供一種濕氣發電產品，含有本發明上述提供的利用濕氣發電的多孔材料。

15、還含有電極，所述電極包括第一電極和第二電極，所述第一電極和所述第二電極均為惰性金屬電極。所述第一電極和第二電極分別與本發明上述提供的利用濕氣發電的多孔材料的上表面和下表面連接制備成濕氣發電產品。

16、本發明濕氣發電產品包括但不限于濕氣發電機，可穿戴材料、裝置或設備，可穿戴之外的材料、裝置或設備。

17、本發明制備的濕氣發電機進行測試時，將其放置在有孔電極中間，一端加濕，一端不加濕，構建濕度梯度。

18、需要說明的是，mxene作為一種具有優異導電性和表面活性材料，能夠與其他材料形成復合結構，從而提高濕氣發電機的性能。在制備過程中，經過適當處理后的改性織物形成了具有良好濕氣響應性的復合結構。這種復合材料不僅能夠有效吸附空氣中的水分，而且在水分子與材料表面發生相互作用時，能夠產生電荷分離，轉化為電能。此外，黃原膠的引入為復合材料提供了增強的機械強度和結構穩定性，而pss則增強了電導性能，從而提升了在濕氣發電過程中的電輸出性能。這一制備方法簡便且低成本，同時使得最終制得的濕氣發電機具備了優異的電氣和機械性能，適用于各種濕度環境中的能量收集。

19、與現有技術相比，本發明具有如下所述的優點以及有益效果：

20、(1)本發明的成本低廉、操作工藝簡單、濕氣發電性能優異，適合大規模投入生產使用。

21、(2)本發明制備的一種基于多孔材料的濕氣發電機具有較高的高輸出(如電流輸出68μa、電壓輸出0.84v)、高輸出功率(如57.12μw)，且輸出性能可保持長時間穩定。

22、(3)本發明制備的濕氣發電機，后續可以通過藍牙傳輸，實現遠程電輸出檢測。

23、(4)mxene、pss和黃原膠的溶液混合后，三者之間形成協同作用。黃原膠分子中的羥基與mxene和pss中的基團形成氫鍵。這些相互作用促使mxene、pss和黃原膠之間的復合效應，從而增強了三者的相容性與穩定性。

24、因此，本發明將進一步推動濕氣發電材料領域的實際應用。