本申请涉功能材料，尤其涉及一种具有高效能源转换的含氟纳米材料复合器件及其制备方法，主要用于自供电器件和系统。
背景技术：
1、利用自然界中可持续且绿色的能源能够有效解决全球环境污染和能源危机等问题。而地球上存在的水吸收了约35％太阳辐射到地球的能量(总量相当于约60拍瓦)，从而使其成为最大的能量储存库。相比于传统的风能和太阳能，水基绿色能源包含多种形态且不受时间和空间的限制，其作为全天候日常能源利用能够展现出小的波动性。其中，基于材料与周围环境中无处不在的水分子发生特定相互作用，将环境中蕴含的巨大能量转化为绿色电能，在近年来受到迅速增长的关注。水基能源转化的过程涉及材料与水分子的相互作用以及电离离子的产生与传输。因此，对于高效水基绿色能源的材料及器件而言，合理设计材料-水相互作用和调控水合离子的产生与传输行为至关重要。
2、二维石墨烯离子通道的开发实现了离子/流体在纳米限域石墨烯层间传输的研究和应用，其中石墨烯层间相互作用力，包括短程的空间相互作用和水合效应以及长程的静电和范德华相互作用，决定着离子/流体的传输行为。由于纳米限域和尺寸筛分效应等，二维石墨烯离子通道对水合离子传输具有较高的选择性和渗透性，从而实现水基绿色能源的转化与收集。已有研究主要是在宏观层面利用石墨烯功能化学在其表面引入含氧等亲水基团/链段，增加其亲水性和水合离子产生及传输能力，从而提高能量转化效率。尽管现有二维石墨烯离子通道的结构设计方案已取得了较明显的研究进展，但随着水基绿色能源的发展，二维石墨烯离子通道能量转化效率急需进一步增强。
3、在传统认知中，含氟材料广泛被认为具有典型的疏水特性，因而各种疏水/超疏水本征材料和表面涂层等均会优先考虑引入氟元素或设计含氟结构，其确实也在各种应用场景或严苛环境中展现出高效的疏水效应，甚至协同疏油、防污、抗菌等。基于上述的实验结果和根深蒂固的认识，含氟材料/结构被认为难与水分子产生相互作用，更不可能高效促进水合离子产生以及传输，因而其含氟结构设计与高效水基绿色能源的目标背道而驰。然而，氟在元素周期表中具有最大的电负性和极小的原子半径，可形成极大偶极矩的化学键，只是已有结构屏蔽了含氟化学键与水分子的相互作用。
4、因此，如何调控氟元素在石墨烯离子通道的存在形式是亟不可待的。
技术实现思路
1、为了解决现有技术存在的上述技术问题，本申请提供了一种具有高效能源转换的含氟纳米材料复合器件及其制备方法，以克服现有技术中石墨烯离子通道的水基能源转化效率低的技术问题。
2、为了实现上述目的，本申请实施例的技术方案是：
3、本申请的第一方面提供一种具有高效能源转换的含氟纳米材料复合器件的制备方法，该制备方法包括：
4、使碳黑置于氟化混合气体氛围下，进行氟化反应，得到氟化碳黑；
5、使所述氟化碳黑分散于溶剂中，形成含氟分散液；
6、使多孔纤维织物浸泡于所述含氟分散液中，进行反应后，收集具有高效能源转换的含氟纳米材料复合器件。
7、结合第一方面优选地，所述使碳黑置于氟化混合气体氛围下，进行氟化反应时，氟化反应时间为10-30min，氟化反应温度为20-180℃；
8、和/或，在进行氟化反应之前，对所述氟化反应的反应设备进行氮气置换；
9、和/或，所述进行氮气置换时，所述氮气置换次数至少为3次。
10、结合第一方面优选地，所述氟化混合气体的通入速度为0.2-5l/min，且压强为2-80kpa；
11、和/或，所述氟化混合气体包括氟气和惰性气体；且所述氟气在所述氟化混合气体中的体积分数为2-30％。
12、结合第一方面优选地，所述溶剂包括水、乙醇、四氢呋喃、氯仿、丙酮、n,n-二甲基乙酰胺、n,n-二甲基甲酰胺中的一种或多种。
13、结合第一方面优选地，所述含氟分散液中所述氟化碳黑的浓度为1-100mg/ml。
14、结合第一方面优选地，所述使所述氟化碳黑分散于溶剂的方法包括：进行超声分散，超声功率为50-500w，超声时间为5-60min。
15、结合第一方面优选地，所述纤维织物包括天然纤维和化学纤维；
16、所述天然纤维包括蚕丝、羊毛、棉花中的一种或多种；
17、所述化学纤维包括醋酸纤维、蛋白质纤维、聚酯纤维、聚酰胺纤维的一种或多种。
18、结合第一方面优选地，所述使多孔纤维织物浸泡于所述含氟分散液时，所述浸泡时间为1-10min。
19、结合第一方面优选地，所述收集具有高效能源转换的含氟纳米材料复合器件包括：对浸泡含氟分散液的多孔纤维织物进行干燥处理，干燥温度为60-200℃，干燥时间为10-60min。
20、本申请的第二方面提供一种第一方面所述方法制备的具有高效能源转换的含氟纳米材料复合器件。
21、本申请的第三方面提供一种第二方面所述的具有高效能源转换的含氟纳米材料复合器件用于制备功能材料中的应用。
22、与现有技术相比，本申请实施例的有限或有益效果至少包括：
23、本申请实施例提供的制备方法，一方面，通过利用直接氟化高效可控的特定，定向在碳材料的边缘和缺陷位点引入含氟化学键，进而将该含氟化学键复合到具有多孔通道的纤维织物中，从而得到高效水基能源转换的含氟纳米材料复合器件；另一方面，由于碳黑纳米材料的边缘和缺陷使其具有更高的反应活性，通过控制氟化反应工艺调控氟元素在石墨烯离子通道的存在形式，实现仅在碳黑纳米材料的边缘和缺陷处引入高极性的含氟化学键，从而使含氟纳米材料能够保持原有的导电性能；第三方面，高极性的含氟化学键能够与水分子产生强的相互作用，从而促进水合离子的高效产生和传输，该水合离子进一步迁移能够形成扩散电流，从而使含氟纳米材料复合器件的导电性和亲水性之间的协同作用实现水基能源高效转化成电能，即提高水基能源转化效率。
1.一种具有高效能源转换的含氟纳米材料复合器件的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的具有高效能源转换的含氟纳米材料复合器件的制备方法，其特征在于，所述使碳黑置于氟化混合气体氛围下，进行氟化反应时，氟化反应时间为10-30min，氟化反应温度为20-180℃；
3.根据权利要求1所述的具有高效能源转换的含氟纳米材料复合器件的制备方法，其特征在于，所述氟化混合气体的通入速度为0.2-5l/min，且压强为2-80kpa；
4.根据权利要求1所述的具有高效能源转换的含氟纳米材料复合器件的制备方法，其特征在于，所述溶剂包括水、乙醇、四氢呋喃、氯仿、丙酮、n,n-二甲基乙酰胺、n,n-二甲基甲酰胺中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的具有高效能源转换的含氟纳米材料复合器件的制备方法，其特征在于，所述含氟分散液中所述氟化碳黑的浓度为1-100mg/ml。
6.根据权利要求1所述的具有高效能源转换的含氟纳米材料复合器件的制备方法，其特征在于，所述使所述氟化碳黑分散于溶剂的方法包括：进行超声分散，超声功率为50-500w，超声时间为5-60min。
7.根据权利要求1所述的具有高效能源转换的含氟纳米材料复合器件的制备方法，其特征在于，所述纤维织物包括天然纤维和化学纤维；
8.根据权利要求1所述的具有高效能源转换的含氟纳米材料复合器件的制备方法，其特征在于，所述使多孔纤维织物浸泡于所述含氟分散液时，所述浸泡时间为1-10min。
9.根据权利要求1所述的具有高效能源转换的含氟纳米材料复合器件的制备方法，其特征在于，所述收集具有高效能源转换的含氟纳米材料复合器件包括：对浸泡含氟分散液的多孔纤维织物进行干燥处理，干燥温度为60-200℃，干燥时间为10-60min。
10.一种权利要求1-9任一所述方法制备的具有高效能源转换的含氟纳米材料复合器件。
