随着人类社会的发展和进步,环境污染以及能源危机问题日益凸显,利用可再生能源成为应对的方法之一。纳米流体学作为探究纳米尺度下离子传输的学科,早先研究是聚焦于生物医学领域。如今,通过模拟生物体的各种复杂离子传输过程设计智能仿生的纳米流体系统不仅在生物医学领域,而且在能源转换等领域也显示出广泛的应用前景。仿生的离子通道由于具有快速传输、选择性、门控、泵等特点可用于收集各种外部能源转换为电能,这对于探索和利用可再生能源、解决资源短缺问题具有重要的研究意义。MXene作为一类新型二维纳米材料,刻蚀过程引入表面基团使得MXene Ti3C2Tx可作为阳离子选择通道,同时由于材料具有一定的结构稳定性、良好的导电性、光吸收及热转换等性能,有望应用到仿生纳米流体器件的构造和应用中。本文首先介绍了纳米流体离子传输的特点及应用、二维纳米材料MXene的发现、制备、性质以及应用;然后根据MXene Ti3C2Tx具有独特的物理化学性质将其制备成薄膜以及负载到醋酸纤维素表面用于仿生以及能源转换器件的构造和探究。论文的研究内容如下:利用盐酸、氟化锂作为刻蚀剂获得MXene Ti3C2Tx纳米材料,将Ti3C2Tx分散液采用真空抽滤的方式构造出具有一定结构稳定性、柔韧性和光吸收性能的薄膜,并将其应用到离子泵器件的构造。测试结果表明,基于MXene的离子泵器件在0.1 M的KCl溶液和～600 m W/cm~2的红外光照下可以调控阳离子向红外光照的区域传输,并且具有快速响应性、良好的可逆性以及稳定性。当Ti3C2Tx薄膜两侧的溶液具有浓度梯度时,器件可以在红外光照下调控离子逆浓度梯度输运,最大可实现逆200倍传输。此外,基于MXene的离子泵器件可以进一步用作能源转换装置,并可通过调控红外光照强度和膜厚度来提升器件的发电性能。最后对离子泵器件的工作机制进行探究,提出基于仿植物蒸腾作用的工作原理。采用浸泡-干燥的方式将MXene Ti3C2Tx纳米材料负载到醋酸纤维素滤棒上,将其用于能源转换器件的构造。测试结果表明,在红外光照下,器件可以实现化学能到电能的转化。然后探究了器件对醋酸纤维素滤棒的高度以及不同浓度的KCl溶液的发电性能,结果表明当滤棒的高度为1.0 cm、KCl溶液的浓度为1 M时器件可获得最大输出电压约0.15 V,并且可通过调控红外光照强度提高器件的发电性能。最后探究了能源转换器件对于0.5 M Na Cl溶液和在一个太阳光下的发电情况,说明了器件潜在的应用价值。