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  由于化石燃料的短缺和過度消耗導致溫室氣體排放日益嚴重，以具有成本效益的方式開發(fā)一個全天候的、不受環(huán)境限制的、自發(fā)有效收集綠色能源的技術引起了人們極大的興趣。最近，一種從無處不在的大氣濕度中直接獲取能量的濕氣發(fā)電技術(Moisture-triggered electricity generator, MEG)由于其廣泛的應用領域，已經成為一個引人入勝的研究領域。然而，其瞬時輸出性能和強烈依賴高濕度的環(huán)境因素的限制仍使其不能大規(guī)模應用，對其電極材料的選擇和電荷傳輸的調控的研究仍然相對匱乏。

  近日，蘇州大學功能納米與軟物質研究院孫寶全教授團隊制備了一種碳納米管-高分子聚二烯丙基二甲基氯化銨(PDDA)-硅納米線的垂直結構的自發(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)吸濕的硅納米線濕氣發(fā)電器件可以產生穩(wěn)定的1 V開路電壓保持74小時以上，和直流電流8.2 μA/cm²，輸出功率可以達到2.2 μW/cm²。因為所使用的高分子中含氧官能團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的電荷選擇性對器件性能的影響，采用開爾文探針顯微鏡對不同聚電解質電勢進行表征，從而進一步驗證其離子跨膜運輸行為的區(qū)別，PDDA由于其遇水解離帶正電的大分子骨架呈現陰離子傳輸選擇性，表現出離子整流特性。此外，濕氣發(fā)電的能量來源極有可能是來自水分子吉布斯自由能變化的熱能。通過串聯連接策略，器件可以表現出優(yōu)越的集成特性，可以驅動照明二極管(LED)陣列。本研究構筑的器件可將無處不在的水分子的熱運動轉換為電能，有望在實際應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.