氧化石墨烯湿气发电膜

The energy collection from nature and its conversion to the storage-enabled electric power is important in energy-related field. This project proposes the study of moisture-triggered power generator of graphene oxide (GO) film, aiming to achieve the electric power generation through the interaction between GO and water molecules. The new-types of materials and devices with practical value for power generation will be developed. The mechanism of power generation will be revealed deeply and the optimized surface chemistry and microstructure design of assembled GO will be done. After building up the well-organized GO with gradient of functional groups, we shall systematically investigate the availability of ion carriers under moisture, the influence of the distribution of ionizable functional groups, surface chemistry and microstructure on power generation. The flexible, high-performance electric generator will be obtained on the basis of the optimal chemical components and structure assembly. This project will provide new insight about the mechanism of moisture-induced power generation, and establish the technique to prepare the practical moisture-enabled power devices.

从自然界中收集温和可控的能量，将其转化为便于储存和利用的电能是能源领域研究的一个重要方向。本项目提出氧化石墨烯湿气发电膜的研究课题，旨在实现氧化石墨烯与水分子作用产生电能。将发展具有实际应用价值的新型石墨烯湿气发电材料和器件，深入揭示和理解水分子与氧化石墨烯作用产生电能的机制和规律，实现优化的石墨烯表面化学和微组装结构设计。将建立具有官能团梯度分布的氧化石墨烯有序组装结构，系统研究其在湿气作用下提供离子型载流子的能力，揭示氧化石墨烯及其衍生结构中可电离官能团分布、表面化学、微结构对其产电能力的影响，获得优化的化学组成和结构组装形态，实现基于氧化石墨烯湿气发电膜的高效柔性发电器件。该项目将为石墨烯基湿气发电新原理提供新的认识，为制备实用化的湿气发电器件提供技术支撑。

基于氧化石墨烯薄膜的湿气发电现象是一种新型能量转化形式，可以在湿气与氧化石墨烯材料的作用过程中对外输出电能，具有重要的研究和应用前景。目前对于湿气发电的研究处于较为初级的阶段，对湿气发电过程的机理研究缺乏深入理解，且目前湿气发电器件的电输出性能需要持续优化。本项目的研究内容与研究目标是深入研究氧化石墨烯薄膜发电现象，建立湿气发电的理论模型，并基于该模型构建高性能的湿气发电器件。研究包括建立适用于湿气发电的氧化石墨烯组装制备方法，通过多种策略调节湿气发电过程的电荷分离过程，为湿气发电器件的实际应用提供理论、材料和技术基础。.自2017年立项以来，项目围绕既定的研究计划和研究目标，主要通过控制氧化石墨烯的孔道结构、调节湿气发电电荷分离和转移过程、建立湿气发电现象的一般模型等，进行深入的湿气发电的研究。主要进展包括，开发了适用于湿气发电的氧化石墨烯组装体的一维纤维组装体、二维薄膜组装体、三维块体材料的制备方法，对湿气发电过程电荷分离过程进行优化，通过引入含氧官能团浓度差和电极对诱导电荷定向运动等策略，实现了单个氧化石墨烯湿气发电膜的输出电压达1.5 V，与商用干电池相当。通过一系列研究，建立了湿气发电的模型，并将湿气发电理论推广到其他常见高分子材料，探索了湿气发电器件在柔性供能器件、自发电记忆器件、传感器件等方面的应用。共发表SCI研究论文67篇，其中影响因子超过15的SCI论文39篇，影响因子超过10的57篇，申请专利7项，获得授权专利6项。高被引论文5篇，项目标注研究论文总计被SCI引用2200余次，其中他引2000余次。受到中央人民政府网站，中国科学报等权威媒体的广泛宣传报道。