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  能源與環(huán)境的相關(guān)問題一直激勵(lì)著科研人員對新能源材料及其相關(guān)器件的開發(fā)。尋找簡單、高效的可再生能源，實(shí)現(xiàn)能源和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展在當(dāng)今社會(huì)顯得非常重要。具有官能團(tuán)梯度的濕氣發(fā)電材料出現(xiàn)或?qū)㈤_啟能源領(lǐng)域的一個(gè)新研究方向。通過材料中固定的官能團(tuán)梯度，借助濕氣使得材料官能團(tuán)上較小離子解離并在濃度梯度差的驅(qū)使下迅速定向移動(dòng)，從而產(chǎn)生電壓和電流輸出。

  研究人員以具有高比表面積、縱向傳輸通道的梯度摻雜碳基納米線為基礎(chǔ)材料，將通過濃度控制電沉積（Concentration-Controlled Electro-Deposition，CCED）技術(shù)構(gòu)建的梯度摻雜碳基納米線（GDNw）用于濕氣發(fā)電。這種具有離子梯度分布加上其本身獨(dú)特的一維納米線結(jié)構(gòu)使得水分子的更好地收集和擴(kuò)散，以及納米線內(nèi)的離子更容易快速遷移。制備出的單根GDNw納米濕氣發(fā)電機(jī)在濕氣變化的條件下，能夠產(chǎn)生高達(dá)75 mV的輸出電壓和103.13 mW·cm-2的輸出功率。后期研究人員又將GDNw進(jìn)行垂直整合，制備出具有梯度摻雜的納米線陣列（GDNa），這種陣列結(jié)構(gòu)就像許多并聯(lián)連接的納米線電池一樣能夠使得電流輸出和功率有大幅的提升。GDNa相較于單根的GDNw納米發(fā)電機(jī)器件而言，輕微的濕氣刺激就可以產(chǎn)生140nA的輸出電流。這種結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，使得GDNa納米發(fā)電機(jī)器件在保有高比表面積納米材料性質(zhì)的同時(shí)，電能的輸出得到了大幅度的提高，從而滿足了宏觀設(shè)備對更高能量的需求。該工作為在自供電設(shè)備和傳感系統(tǒng)中提供了全新的制備方法與設(shè)計(jì)思路。

  相關(guān)研究工作以Gradient doped polymer nanowire for moistelectric nanogenerator（《梯度摻雜的聚合物納米線濕氣發(fā)電機(jī)》）為題，已于近日發(fā)表在國際著名期刊《納米能源》上。文章第一作者為北京理工大學(xué)聶肖威博士，通訊作者為北京理工大學(xué)陳南教授和曲良體教授。該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、北京市自然科學(xué)基金等基金項(xiàng)目的支持。

  論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285518300715#!