近日，墨睿科技创始人蔡金明博士带领研发团队成功制备了一种用于高性能湿式发电的柔性异质氧化石墨烯结构(HGOS)。这个结构一端与水接触就能产生约1V的电压，可作为清洁无污染的新型能源。该研究成果以“Scalable preparation of flexible heterogeneous graphene oxide structures for high-performance wet power generation”为题发表在国际高水平（IF11.9）期刊Journal of Materials Chemistry A, 2024，12, 12216 – 12224上。
水伏发电技术是近几年出现的绿色无污染的清洁发电技术，即通过纳米材料和水之间的直接相互作用来发电的新兴技术。利用水伏效应，可以从水蒸发、雨滴、波浪、湿度等形式的水中捕获能量，为水能利用开辟了全新的途径。作为重点布局“新能源应用方案”领域的关键增长潜力，墨睿科技一直致力于新型能源技术的研发与应用。
图1.HGOS的制备示意图和输出特性。(a)HGOS的制备过程示意图；(b)HGOS上的GO侧具有亲水性，可以吸附水分子；(c)水分子与含氧基团相互作用电离出氢离子的示意图；(d) HGOS在无外部电输入和额外刺激的环境（∽70±5%RH，25±1℃）下的电压输出性能。
图2.HGOS的电性能和应用。(a)HGOS单元的串联电压；(b)HGOS单元的并联电流；(c)将不同的HGOS封装串联起来，可以增加输出电压；(d)HGOS的输出输出功率；(e)HGOS组为电容器充电；(f)HGOS可点亮红色LED；(g)HGOS可以在低温环境下为LED供电；(h)集成的HGOS单元可以为计算器供电；(i)HGOS组为电子手表供能的柔性可穿戴演示。
在本研究中，墨睿科技研发团队采用公司自主规模化生产的氧化石墨烯膜进行热还原，得到一种异质氧化石墨烯结构(HGOS)的湿式发电机。由于氧化石墨烯的水化作用，其中H+被电离，而氧基团如羧基和羟基固定在碳-碳骨架上的。因此，H+的电离和输运产生电位差。此外，这种异质的梯度结构还能加快载流子迁移速度，从而提高输出功率，为大多数电子设备提供能量。单个软封装HGOS可以长时间提供0.96V的输出电压，输出功率密度为879.2μW.cm-3。
通过柔性封装技术，这种柔性HGOS可以在弯曲和变形的情况下保持功率输出，用于柔性可穿戴电子产品，为常见商用电子产品供能。此外，在目前成熟的工业化制备氧化石墨烯膜的技术上，有望快速实现HGOS器件的大规模制备。该批量集成制备的HGOS装置可作为多种自然场景下长期运行的能源供应系统，进一步推进水伏发电技术，为新能源转换提供新策略。
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