梯度掺杂的聚合物纳米线湿气发电机

能源与环境的相关问题一直激励着科研人员对新能源材料及其相关器件的开发。寻找简单、高效的可再生能源，实现能源和社会的可持续发展在当今社会显得非常重要。具有官能团梯度的湿气发电材料出现或将开启能源领域的一个新研究方向。通过材料中固定的官能团梯度，借助湿气使得材料官能团上较小离子解离并在浓度梯度差的驱使下迅速定向移动，从而产生电压和电流输出。

研究人员以具有高比表面积、纵向传输通道的梯度掺杂碳基纳米线为基础材料，将通过浓度控制电沉积（Concentration-Controlled Electro-Deposition，CCED）技术构建的梯度掺杂碳基纳米线（GDNw）用于湿气发电。这种具有离子梯度分布加上其本身独特的一维纳米线结构使得水分子的更好地收集和扩散，以及纳米线内的离子更容易快速迁移。制备出的单根GDNw纳米湿气发电机在湿气变化的条件下，能够产生高达75 mV的输出电压和103.13 mW·cm-2的输出功率。后期研究人员又将GDNw进行垂直整合，制备出具有梯度掺杂的纳米线阵列（GDNa），这种阵列结构就像许多并联连接的纳米线电池一样能够使得电流输出和功率有大幅的提升。GDNa相较于单根的GDNw纳米发电机器件而言，轻微的湿气刺激就可以产生140nA的输出电流。这种结构的设计，使得GDNa纳米发电机器件在保有高比表面积纳米材料性质的同时，电能的输出得到了大幅度的提高，从而满足了宏观设备对更高能量的需求。该工作为在自供电设备和传感系统中提供了全新的制备方法与设计思路。

相关研究工作以Gradient doped polymer nanowire for moistelectric nanogenerator（《梯度掺杂的聚合物纳米线湿气发电机》）为题，已于近日发表在国际著名期刊《纳米能源》上。文章第一作者为北京理工大学聂肖威博士，通讯作者为北京理工大学陈南教授和曲良体教授。该研究工作得到了国家自然科学基金、北京市自然科学基金等基金项目的支持。（来源：科学网）

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