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  由于化石燃料的短缺和過(guò)度消耗導(dǎo)致溫室氣體排放日益嚴(yán)重，以具有成本效益的方式開(kāi)發(fā)一個(gè)全天候的、不受環(huán)境限制的、自發(fā)有效收集綠色能源的技術(shù)引起了人們極大的興趣。最近，一種從無(wú)處不在的大氣濕度中直接獲取能量的濕氣發(fā)電技術(shù)(Moisture-triggered electricity generator, MEG)由于其廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，已經(jīng)成為一個(gè)引人入勝的研究領(lǐng)域。然而，其瞬時(shí)輸出性能和強(qiáng)烈依賴(lài)高濕度的環(huán)境因素的限制仍使其不能大規(guī)模應(yīng)用，對(duì)其電極材料的選擇和電荷傳輸?shù)恼{(diào)控的研究仍然相對(duì)匱乏。

  近日，蘇州大學(xué)功能納米與軟物質(zhì)研究院孫寶全教授團(tuán)隊(duì)制備了一種碳納米管-高分子聚二烯丙基二甲基氯化銨(PDDA)-硅納米線(xiàn)的垂直結(jié)構(gòu)的自發(fā)吸濕的濕氣發(fā)電器件，在濕度為60% 25 ℃的自然環(huán)境下，基于PDDA自發(fā)吸濕的硅納米線(xiàn)濕氣發(fā)電器件可以產(chǎn)生穩(wěn)定的1 V開(kāi)路電壓保持74小時(shí)以上，和直流電流8.2 μA/cm²，輸出功率可以達(dá)到2.2 μW/cm²。因?yàn)樗褂玫母叻肿又泻豕倌軋F(tuán)和水分子以氫鍵的方式相吸引，因此其在器件中起到自發(fā)吸濕的作用，能夠使器件在較低濕度和波動(dòng)的環(huán)境濕度下保持高效穩(wěn)定的輸出。

  此外，本文還探究了聚合物電解質(zhì)的電荷選擇性對(duì)器件性能的影響，采用開(kāi)爾文探針顯微鏡對(duì)不同聚電解質(zhì)電勢(shì)進(jìn)行表征，從而進(jìn)一步驗(yàn)證其離子跨膜運(yùn)輸行為的區(qū)別，PDDA由于其遇水解離帶正電的大分子骨架呈現(xiàn)陰離子傳輸選擇性，表現(xiàn)出離子整流特性。此外，濕氣發(fā)電的能量來(lái)源極有可能是來(lái)自水分子吉布斯自由能變化的熱能。通過(guò)串聯(lián)連接策略，器件可以表現(xiàn)出優(yōu)越的集成特性，可以驅(qū)動(dòng)照明二極管(LED)陣列。本研究構(gòu)筑的器件可將無(wú)處不在的水分子的熱運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為電能，有望在實(shí)際應(yīng)用中為低功率的小型連續(xù)器件供電。

  這一成果近期發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces上，文章的第一作者是蘇州大學(xué)碩士研究生吳妍霏。

  論文信息：

  https://pubs.acs.org/articlesonrequest/AOR-YTF3JXSJINR33JQARFIZ

  A Hygroscopic Janus Heterojunction for Continuous Moisture-Triggered Electricity GeneratorsYanfei Wu, Beibei Shao, Zheheng Song, Yajuan Li, Yatao Zou, Xin Chen, Jiangtao Di, Tao Song, Yusheng Wang, Baoquan SunACS Appl. Mater. Interfaces, 2022, DOI: 10.1021/acsami.2c02878.