本发明涉及一种基于硫化钼/碳化钛分层水凝胶湿气发电织物的制备方法及其在智能穿戴、柔性传感和能源技术上的应用，属于材料制备及应用。
背景技术：
1、环境空气中的大量湿气是一种被忽视的巨大水和能源，通过水分与活性材料之间的界面驱动产生能量，以满足智能可穿戴设备日益增长的能源需求和缓解化石能源过度消耗的危机（参见文献： nature 2020 , 578, 550）。以纺织品为能量转换介质的可穿戴湿气发电机能够有效地从人体或环境中收集清洁能源，引起了科学界和工程界在自供电可穿戴领域的广泛关注（参见文献： science. 2020 , 368, 1091）。然而，以往湿气发电系统的实际应用一直受到其不可持续的发电和低功率密度输出的阻碍，难以满足可穿戴电子的实际需求及工程化应用构成了重大挑战（参见文献： nat. nanotechnol. 2021 , 16, 811）。值得注意的是，基于纺织品的湿气发电机展现出优异的灵活性和适应性，同时独特的多孔结构和微纳米级通道提供对水分子的有效吸收和快速的离子/电子传输，为自供电柔性湿电器件的实际应用提供了一条有效的途径（参见文献： joule 2023 , 7, 935）。
2、纺织材料具备轻质、优异的柔韧性、透气性以及对复杂变形的高效适应能力，因此在制造个人医疗保健等可穿戴电子产品和实现人机交互方面具有显著吸引力。将功能材料与传统纺织品集成构筑的智能纺织品/电子纺织品，在人体健康监测、柔性传感和能量转换领域受到高度关注。通过功能材料的结构设计、界面结构优化、器件内置电场的构建，设计具有连续湿气收集及电力输出的纺织式发电机，这对于自供电电子纺织品的工程化开发和应用至关重要。
技术实现思路
1、本发明针对现有湿致发电器件的刚性、不可持续性、较低电输出性能、复杂工艺设计条件以及需要液态水滴触发产生电力等方面存在的不足，难以满足在自供电可穿戴设备中的应用需求，提供一种具有优异可穿戴性和电输出性能，能够自发吸附环境湿气进行发电的纺织式湿气诱导发电器件、制备方法及应用。
2、实现本发明目的的技术方案是提供一种基于硫化钼/碳化钛分层水凝胶湿气发电织物，它以织物为基材，浇筑金属相硫化钼/碳化钛纳米片为干端，浇筑富含磺酸基团及羟基基团的水凝胶为湿端，构建干-湿梯度及含氧官能团梯度。
3、本发明所述的一种基于硫化钼/碳化钛分层水凝胶湿气发电织物的制备方法，包括以下步骤：
4、（1）将质量比为1：2.0～1：3.0的四水合钼酸铵和硫脲配制成浓度为5～10 g/l的前驱体溶液，剧烈搅拌30～60 min，再在温度为180～220 ℃条件下水热反应15～20 h，待反应液冷却后，经超声清洗、干燥，得到金属相硫化钼纳米片；配置体积浓度为5～10 %的氟化锂和盐酸混合溶液，将质量浓度为1～5 %的碳铝化钛加入到混合溶液中，在温度为35～55 ℃的条件下反应12～36 h，将产物依次用乙醇和水超声处理60～120 min，再经3000～4000转/分离心处理，得到碳化钛纳米片分散溶液；按硫化钼和碳化钛的摩尔比为1：2.0～1：4.0，将金属相硫化钼纳米片加入到碳化钛纳米片分散溶液中，在功率为1200～1500 w的超声波条件下处理2～4 h，得到硫化钼/碳化钛分散溶液；
5、（2）按聚乙烯醇和丙烯酰胺单体的质量比为1：5～1：15加入到去离子水中，配置浓度为10～30 g/l的混合溶液，在85～95 ℃的水浴锅中持续搅拌30～60 min，待充分溶解冷却至室温后，加入在反应体系中浓度为2～5 g/l的氯化锂和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，以及在反应体系中浓度为20～60 mg/l的聚乙烯苯磺酸，持续搅拌30～90 min后，再加入在反应体系中浓度为1～5 g/l的过硫酸胺和n-n-亚甲基双丙烯酰胺，最终得到磺酸基水凝胶溶液；
6、（3）碱处理后的棉织物裁剪成长条形，按硫化钼/碳化钛纳米片和磺酸基水凝胶在织物上的负载量为0.25～0.75 ml/cm2，将步骤（1）得到的硫化钼/碳化钛纳米片分散液和步骤（2）得到的磺酸基水凝胶溶液采用分层涂覆工艺，分别负载于棉织物两端，再在温度为30～90 ℃条件下热聚合1～3 h，得到一种具有干-湿界面及含氧官能团不对称分布的分层水凝胶湿气发电织物。
7、本发明所述的一种基于硫化钼/碳化钛分层水凝胶湿气发电织物的应用，将其与电极材料集成构建湿气发电器件，自发吸附环境中的湿气用于发电，产生0.6 v以上的持续电力输出。
8、本发明提供的湿气发电器件用作呼吸监测柔性传感材料。
9、本发明通过简单的分层涂覆方式在棉织物基底上构筑了具有明显吸湿性差异的非均质结构分层水凝胶湿气发电织物。通过在水凝胶基质中引入富氧磺酸基及羟基基团集成于棉织物一端作为水吸附层，促进对大气水分子的捕获，为水分的高效吸附和传输提供保障，从而有利于持续电输出性能的产生；同时引入二维纳米片结构的硫化钼/碳化钛范德华异质结集成于棉织物另一端作为水蒸发层，纳米片堆叠所形成的纳微米孔洞，提供了丰富的纳米流体通道，从而有利于水分诱导含氧官能团解离大量质子的定向迁移，内置质子梯度及水梯度的存在促进高电输出性能的产生。总而言之，所制备的硫化钼/碳化钛分层水凝胶湿气发电织物，独特的干-湿界面及含氧官能团的非均质结构实现了对环境湿气能量的收集与利用并产生持续的电力输出，可进一步拓展在能量转换、柔性传感等领域的工程化应用。
10、本发明依据的原理是：通过分层涂覆的方式构筑了具有干侧硫化钼/碳化钛和湿侧磺酸基水凝胶的分层水凝胶湿气发电织物。干-湿界面及不对称含氧官能团分布的构建，湿侧磺酸基水凝胶端富氧官能团及吸湿性锂离子能自发捕获空气中的水分，形成内置的水梯度并向干侧硫化钼/碳化钛端传输，水分流经硫化钼/碳化钛纳米片堆叠表面双电层的形成促进电荷的快速迁移，同时水分的诱导下含氧官能团解离出大量质子，两端不对称的含氧官能团分布，质子浓度差的构建促进质子定向迁移，从而有利于高电势差的形成并产生高的电压电流输出，实现对环境湿气能量的收集与转换。
11、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
12、1.本发明通过分层涂覆方式构筑了具有收集和转换环境湿气能量的分层水凝胶湿气诱导发电织物，织物中干-湿界面及不对称含氧官能团分布的构建，促进了对环境湿气的捕获；同时纳米片堆垒所形成的纳米流体通道促进了水分的快速流动及电子迁移，实现湿气能量到电能的转换，进一步与口罩等集成可实现对人体呼吸的监测。
13、2.本发明技术方案具有制备工艺简单、产率高等特点，有利于工程化生产及其在智能电子纺织领域的应用。
1.一种基于硫化钼/碳化钛分层水凝胶湿气发电织物，其特征在于：以织物为基材，浇筑金属相硫化钼/碳化钛纳米片为干端，浇筑富含磺酸基团及羟基基团的水凝胶为湿端，构建干-湿梯度及含氧官能团梯度。
2.如权利要求1所述的一种基于硫化钼/碳化钛分层水凝胶湿气发电织物的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
3. 如权利要求1所述的一种基于硫化钼/碳化钛分层水凝胶湿气发电织物的应用，其特征在于：将其与电极材料集成构建湿气发电器件，自发吸附环境中的湿气用于发电，产生0.6 v以上的持续电力输出。
4.根据权利要求3所述的一种基于硫化钼/碳化钛分层水凝胶湿气发电织物的应用，其特征在于：所述的湿气发电器件用作呼吸监测柔性传感材料。
