成果简介
随着传统的化石能源和储能技术逐渐无法满足未来便携式柔性电子设备的需求，人们对小尺寸、高能量密度和耐用性的电源研究越来越感兴趣。本文，西安交通大学张磊 教授团队在《ACS Appl. Nano Mater.》期刊发表名为“Two-Dimensional Nanofluidic Gradient Graphene Oxide Membranes as Portable Power Sources”的论文，研究受生物物种细胞膜电位的启发，我们通过沿水平方向沿层间间距的大小顺序集成一系列氧化石墨烯（GO）和还原GO（rGO）来展示二维纳流体梯度结构（TNGS）。
通过对吸湿性CaCl2盐的不对称吸附，在TNGS中构建了持续的内置吸湿梯度。在内置吸湿梯度的驱动下，TNGS不仅提供质子浓度梯度，而且促进了Ca2+的选择性迁移。在TNGS和氧化还原反应的协同作用下，Ca2+和质子的定向迁移被转化为电极上的电能。在湿度环境下，这样的固态电源（0.9 cm2 × 10 μm）可以输出超过100小时的电压约1.35 V，体积功率密度约515 μW cm-3。这一发现为收集湿离子电开辟了一条通用途径，并为设计便携式、易于制备且具有成本效益的自供电设备提供了建设性的见解。
图文导读
图1.二维梯度纳流体结构（TNGS）和能量输出性能
方案 1.TNGS的制造过程
图2.电能输出性能
图3.影响功率输出性能的因素
图4.TNGS的结构特性
图5.具有不同结构和电极的器件的电压输出性能
图6.实际应用和放大组装
小结
综上所述，我们设计了一种TNGS，可以从湿度离子梯度中收集能量，以获得高效的便携式电源。这项工作不仅可以为促进氧化石墨烯膜在便携式自供电设备中的应用提供一种新的有效途径，而且可以为纳流体，离子筛，氧化还原系统，催化剂，以及离子与二维带电表面的相互作用。此外，探索通过电子或离子束辐照等技术降低氧化石墨烯梯度的潜在途径有望实现更均匀的纳流体梯度结构。这些进步可以提高收集湿离子电的可持续性和效率，为我们领域的未来研究提供一个有趣的话题。
文献：https://doi.org/10.1021/acsanm.3c01320
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