在能源危机和全球变暖的持续威胁下，追求可持续绿色能源已成为一项紧迫的挑战，直接从环境中获取能源为此提供了有效的解决方案，基于光伏、压电、摩擦电和热电原理的新技术不断涌现。鉴于大气水分的广泛存在，以及纳米材料科学的发展，使得水汽诱导发电（MEG）成为可能，能够将水中的化学能直接转化为电能。由于大气水分蒸发的普遍存在及自发性，湿气发电在自供电系统里具有独特的优势。
近期，受植物协同吸收水分和阳光进行光合作用的启发，福州大学赖跃坤教授团队通过引入具有强电离能力的植酸(PA)和光敏剂，制备高效的光辅助湿气发电水凝胶(L-MEGH)。磷酸根基团赋予凝胶三维网络结构，以改善其机械性能和质子电离能力。在光照-湿气条件下，能够实现更高的电力输出，实现晴天-阴天全天候发电。PAAGLE凝胶表现出良好的吸湿性（73.1%）、水分保持能力和稳定性，能够在不同湿度环境中实现不同的电力输出性能。在模拟阳光强度照射下，输出电压从0.675 V增加至0.838 V，增幅达24%，短路电流（Isc）性能提升50%。此外，制备的复合凝胶在-20℃下仍能保持0.514 V的电压输出，在50℃下能维持0.7 V的电压输出，持续时间达45小时。
图1. (a)复合水凝胶结构示意图，(b-d)不同组分水凝胶及SEM图片，(e)暴露于阳光下，非对称湿气诱导发电结构吸湿-发电示意图，(f)不同温湿度条件下，制备的湿气发电设备连续产电180 h的电压输出。
图2. (a)水凝胶中H+扩散动态照片，(b, c)光敏剂增强水凝胶湿气发电性能示意图，(d)引入光敏剂前后紫外可见分光光度计测试图谱，(e)不同组分水凝胶电化学阻抗图谱，65%湿度条件下，(f, g)光照对PAAGL以及PAAGLE输出电压的影响，(h, i)光照对PAAGL以及PAAGLE输出电流的影响。
图3. (a)水凝胶底层旋涂PEDOT:PSS保证碳布电极与凝胶紧密接触，(b)有无PEDOT:PSS层，凝胶产电性能对比，(c)本工作与已发表论文性能对比，(d)制备的凝胶为可穿戴柔性电子设备供电，(e)可扩展72个凝胶单元串联输出电压56.5 V，(f-h)制备的凝胶基湿气发电设备用于小灯泡供电，手机充电以及测试心率。集成的L-MEGH能够在可穿戴设备中为户外活动的各种设备供电，包括灯泡、手机和健康监测器。这为应对日益加剧的能源危机和减少温室气体排放提供了一种创新的绿色能源收集技术的新方法。本工作以“Light-Assisted Polyproton Dissociated PAAm-PA Hydrogel-Based Moisture-Driven Electricity Generator with a Broad Operating Range”为题，发表在《Advanced Functional Materials》上。论文第一作者为程燕博士（现为中国科学技术大学博士后），硕士生杨程为共同第一作者，通讯作者为福州大学赖跃坤教授和黄剑莹教授，安徽农业大学朱天雪教授参与此工作。该工作得到国家自然科学基金(22375047, 22378068, 22302110, 22075046)，国家重点研发计划(2022YFB3804905, 2022YFB3804900)，福建省自然科学基金(2022J01568)，中国博士后科学基金(2023M743437)的支持。
原文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202415533
通讯作者简介
赖跃坤，福州大学教授\博导，国家科创领军人才，英国皇家化学会会士FRSC。2018-2023连续入选科睿唯安“全球高被引科学家”(材料学科和交叉学科领域)，福建省“闽江学者”特聘教授，省“杰出青年”基金、“百人计划”项目获得者。长期从事多相分离与过滤纯化、环境与能源化工催化、仿生表界面特殊浸润性膜层开发等方面研究。发表国内外知名期刊上合作发表SCI论文200多篇, SCI论文引用23000余次，h-index为88。申报发明专利50余项，包括10项PCT国际专利，已授权美国专利1项和中国发明专利20余项。担任国际化工主流期刊Chemical Engineering Journal期刊Editor, Polymers期刊专题主编(Section Editor-in-Chief),以及Green Energy & Environment, Advanced Fiber Materials, 物理化学学报, Nanomaterials和Scientific Reports等期刊编委。
黄剑莹，福州大学教授，博士生导师。致力于功能性纺织纤维材料、油水分离材料、浸润性仿生材料及其多相过滤分离应用研究，主持参与科研项目10余项。在Energy Environ Sci、Adv Mater、Adv Funct Mater、Small、Chem Eng J、J Mater Chem A等期刊发表论文150余篇，ESI高被引论文20余篇，论文引用15000余次；入选2019-2022年全球高被引科学家榜单、福建省高层次创新创业人才（B类）、泉州市高层次创新创业人才（第二层次）等。
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