梯度掺杂碳基纳米线/阵列用于湿气发电

It is extremely important to find simple and efficient renewable energies for the sustainable development of energy and society in the current world. Functional group gradient material which can be seen as the moisture-enabled electricity generation (MEEG) will bring a new broad of perspective on the field of new energy power generation. Subject to the microstructure of bulk material, how to increase the energy density and power density of MEEG is one of the foundation and difficulty of the research issues. Therefore, we propose the research project about gradient doped carbon-based nanowire/nanoarray for MEEG. The study includes the following contents: Study on the MEEG performance of gradient doped carbon-based nanowire/nanoarray with high specific surface area and channel for longitudinal transmission. Mechanism for the production of electricity between gradient doped carbon-based nanowire/nanoarray and moisture. Reveal the interaction between gradient doped carbon-based nanowire/nanoarray and moisture. Reveal the influence of microstructure, ion diffusion, and electron transport conditions on the performance of MEEG. Optimize the devices structure of gradient doped carbon-based nanowire/nanoarray. The research will provide technique support for the exploration of novel carbon-based nanowire/nanoarray in MEEG areas.

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显得极为重要。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，受限于块体材料的微观结构影响，提高材料湿气发电效率并进一步增大能量密度、输出功率是当前湿气发电材料研究工作的一个难点。本项目提出梯度掺杂碳基纳米线/阵列器件用于湿气发电性能研究的课题，旨在系统研究具有高比表面积、纵向空间传输通道的梯度掺杂碳基纳米线/阵列湿气发电性能；阐明梯度掺杂纳米线/阵列与湿气作用产电的机制；系统揭示梯度掺杂碳基纳米线/阵列与水之间的相互作用以及表面化学性质；揭示微结构、离子扩散情况与电子传输条件对其湿气发电性能的影响；实现梯度掺杂纳米线/阵列湿气发电器件的结构优化；为制备出高能量密度值、高电输出功率的梯度掺杂纳米线/阵列湿气发电器件奠定基础；最终为发展新型碳基纳米线/阵列湿气发电材料提供知识积累和技术支撑。

本项目提出梯度掺杂碳基纳米线/阵列器件用于湿气发电性能研究的课题，旨在系统研究具有高比表面积、纵向空间传输通道的梯度掺杂碳基纳米线/阵列湿气发电性能；阐明梯度掺杂纳米线/阵列与湿气作用产电的机制；揭示微结构、离子扩散情况与电子传输条件对其湿气发电性能的影响；制备出高能量密度值、高电输出功率的梯度掺杂纳米线/阵列湿气发电器件奠定基础；最终为发展新型碳基纳米线/阵列湿气发电材料提供知识积累和技术支撑。.项目按照任务书计划，围绕梯度掺杂碳基纳米线/阵列用于湿气发电的研究领域开展了富有成效的研究工作。项目组成员共同合作在梯度掺杂碳基纳米线/阵列湿气发电器件方面取得了若干项具有重大科学意义和潜在应用价值的高水平研究成果。具体包括：i）将引入浓度控制电沉积技术制备梯度掺杂的聚合物纳米线。第一次通过聚合物纳米发电机从湿气中收集能量。创新性发展出基于二电子和三电子转移性质的湿气发电机。ii）通过毛细管输水产生的太阳能蒸汽的热效率接近100％，这种全新的尝试极大地提高了太阳能蒸发水的性能，并促进了由多样化碳基材料制成的太阳能驱动蒸发系统的应用。iii）将具有拓扑结构的全碳多孔纳米阵列用于高度灵敏、高生物相容和高可重现的SERS基底。.相关研究成果发表在Nat. Commun.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Funct. Mater.、Nano Energy等国际顶级期刊上共24篇，其中中文论文5篇，以上所述文章均已标注本项目号。此外，申请中国发明专利2项（授权1项）、申请日本发明专利1项。