涂有高导电性PPY-石墨烯复合材料的木材，用于绿色发电

摘要：水蒸发诱导发电是一种新兴的可再生能源收集技术，它利用材料表面与水分子之间的相互作用，直接从水蒸发中获取电能。水蒸发诱导发电（WEIG）在缓解传统可再生能源的局限性（如间歇性、地理限制和气候依赖性）方面具有明显优势。然而，由于电荷流动性不足以及固-水界面相互作用

1成果简介

水蒸发诱导发电是一种新兴的可再生能源收集技术，它利用材料表面与水分子之间的相互作用，直接从水蒸发中获取电能。水蒸发诱导发电（WEIG）在缓解传统可再生能源的局限性（如间歇性、地理限制和气候依赖性）方面具有明显优势。然而，由于电荷流动性不足以及固-水界面相互作用导致的低功率输出，其潜力受到了限制。本文，香港城市大学曹之胤教授团队在《Chemical Engineering Journal》期刊发表名为“Sustainable high-performance density—nanoporous composite wood for water evaporation-induced electricity generation”的论文，研究展示了一种基于二维纳米多孔聚吡咯-还原氧化石墨烯纳米复合材料涂层木材的简便高效的WEIG，用于绿色发电。

该装置可产生连续电力，最大输出功率密度为 310 nW cm-2，电流密度为 8.77 µA cm-2，超越了之前木基 WEIG 的性能。卓越的性能归功于复合结构的内在特性，即具有高导电性、高zeta电位和亲水性的纳米多孔性。本研究的发现不仅促进了 WEIG 的发展，而且鼓励了可持续和生态友好材料在未来绿色发电系统中的应用。

2图文导读

图1. (a) Schematic diagram of the proposed WEIG; (b) Fabrication processes of PPY-RGO nanocomposite.

图2. SEM images of (a, b) the top and (c, d) the side surfaces of delignified wood, and (e) PPY, (f) P2G8 and (g) RGO coated woods; (h) XRD spectrum, (i) Raman spectrum, and (j-l) XPS spectrum of PPY-RGO nanocomposite.

图3. Short-circuit current and power output of PPY-RGO coated wood under (a, b) various RGO ratios and (c, d) wood thicknesses; (e) Power output per thickness of P2G8 coated wood under different wood thicknesses; and (f, g) Short-circuit current and power output of P2G8 coated wood under artificial solar illumination of 1000 W m−2; (h) Solar absorptance of PPY-RGO coated wood; and (i) the current profile of P2G8 coated wood with and without the light illumination.

图4. (a, b) Power generation performance of P2G8 coated wood in different electrolytes; (c, d) Power generation profile of P2G8 coated wood under various load resistances and the light intensity of 1000 W m−2; (e) Comparison of power and current densities from this work and literature; and (f) the integrated PPY-RGO coated wood powered both a commercial digital calculator and a digital timer, and several parallel-connected LEDs,respectively.

3小结

总之，我们开发出了一种涂有高导电性二维光热 PPY-RGO 纳米复合材料的高效木基 WEIG。得益于 PPY-RGO 纳米复合材料出色的光热和蒸发性能，涂有 PPY-RGO 的木材在太阳光强度为 1000 W m-2 时的发电量提高了 103%。在太阳光强度为 1000 W m-2 的情况下，这种 PPY-RGO 涂覆木材的发电量为 7500nW（310nW cm-2），最大电流为 210 µA（8.77 µA cm-2）。优异的性能归功于高导电性的 RGO 层、PPY-RGO 纳米复合网络改善的离子迁移率以及亲水性多孔木质通道，从而产生了高导电性和 zeta 电位。PPY-RGO 涂层木材的发电性能与 RGO 含量、木材厚度、太阳光照强度和电解液密切相关。此外，由 14 个样品串联而成的集成系统能在 20 天内持续稳定地输出 1.81 V 的电压，并能同时为商用数字计算器和计时器供电，显示了其实际应用的潜力。为了进一步提高涂层木材样品的发电量并深入研究相关的内在机理，今后还可以开展更多的研究，探讨三维孔隙结构对离子传输的影响、非对称电极配置以及混合能量收集架构的协同效应。这项研究工作为探索 PPY-RGO 涂覆木材在多级太阳能蒸发器中的高水分蒸发和高发电量的有趣结果扫清了道路，以便在未来同时进行水和发电。这项工作不仅揭示了 WEIGs 的基本机制，还促进了利用可持续环保材料进行绿色发电的研究。

文献：