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  水蒸發(fā)是自然界中十分常見的現(xiàn)象，水的相變包含著巨大的能量交換，如何實現(xiàn)水能和電能的能量轉(zhuǎn)換也成為近年來新能源材料領(lǐng)域的研究熱點。此前，華中科技大學(xué)周軍教授和南京航空航天大學(xué)郭萬林教授發(fā)表了水蒸發(fā)在碳黑片層材料上的可持續(xù)發(fā)電現(xiàn)象（Nat. Nanotech., 2017, 10, 1038），香港城市大學(xué)王鉆開教授總結(jié)了超浸潤界面上的能量收集方式（Adv. Funct. Mater., 2019, 10, 1002），清華大學(xué)曲良體教授系統(tǒng)研究了濕氣在各種不同材料上的發(fā)電效果（Energy Environ. Sci., 2019, 10, 1039）。近日，電子科技大學(xué)鄧旭教授的研究團隊發(fā)現(xiàn)，通過將自然生長的木頭進行簡單的檸檬酸改性，然后在其上下表面覆蓋一層薄的網(wǎng)格電極，利用木頭材料的天然多孔結(jié)構(gòu)，制作成簡易的納米發(fā)電器件，其表面的水蒸發(fā)可以在常溫下產(chǎn)生300 mV開路電壓和10 μA的短路電流。通過串聯(lián)5個木材發(fā)電器件，就可以驅(qū)動一個小型計算器工作。

  眾所周知，在外力作用下，溶液中帶電粒子的運動會導(dǎo)致下游積累電荷，在上下游產(chǎn)生電位差，即流動電勢。研究人員利用這一特性，將包覆了碳漿的PET網(wǎng)格電極置于改性木頭的上下表面，利用水蒸發(fā)通過木頭內(nèi)部孔徑時產(chǎn)生的電荷密度差異產(chǎn)生持續(xù)且穩(wěn)定的電壓電流。

  通過SEM掃描電鏡表征可以看出，木頭的內(nèi)部有著許多的細(xì)微管道，管道孔徑約為9 μm。而改性后的木頭有著豐富的羧基官能團，具有極強的親水性，可以使水分子更為迅速地穿過木頭孔道，增強管道中的電荷密度差異性。

  研究人員比較了不同密度的木頭的發(fā)電性能，選取了櫸木作為最終的研究對象，同時還比較了櫸木在不同反應(yīng)時間后的發(fā)電性能，通過接觸角的測量結(jié)果以及Zeta電位值的對比發(fā)現(xiàn)反應(yīng)時間為4h的效果最佳。然后，將制備好的木頭器件部分浸入裝有去離子水的器皿中，發(fā)現(xiàn)在室溫條件下可以產(chǎn)生300mV的開路電壓和10 μA的短路電流，發(fā)電的持續(xù)時間可長達(dá)24h。

  最后，研究人員通過簡單的串聯(lián)將制備好的木頭器件組裝在一起，將輸出電壓提高到1.3V，成功的進行了計算器的演算過程。

  相關(guān)的研究成果發(fā)表于ACS Applied Materials & Interfaces 期刊上。文章的共同第一作者為電子科技大學(xué)基礎(chǔ)與前沿研究院的碩士研究生周小兵和青年教師張文巒博士。通訊作者為鄧旭教授，共同通訊作者為張文巒博士。

  論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.9b23380