科研动态 | 邹贵付教授团队AFM：三维协同作用增强图案化氧化锌水伏器件电压输出

【研究背景】

      全球年降雨量近50万亿吨，可转化为约1019焦耳的能量，而这庞大的能量足以满足全球全年的电力需求。因此，有效利用雨滴低频无序运动所产生能量的水伏发电装置已成为能源领域研究的焦点。近年来，根据水伏效应设计的无机水伏器件装置因其优异的稳定性、多样的材料选择、便携性和巨大的发电潜力而引起了研究人员的极大关注。然而，传统无机薄膜水伏器件中的固液相互作用受到双电层形成引起的显著电场屏蔽效应的限制，导致器件输出电压较低。因此，探索表面结构，削弱屏蔽效应，增强固液相互作用，对于提高水伏器件的性能至关重要。

【研究内容】

      针对上述问题，邹贵付教授与合作团队在期刊Advanced Functional Materials上发表题为“Three-dimensional Synergistic Strategy for Enhancing Voltage Output of ZnO Hydrovoltaic Devices”的相关研究成果。

图1图案化水伏器件与薄膜水伏器件输出及性能对比示意图。

      该研究工作创新性地提出了一种三维协同策略，即通过增加局部电场，削弱屏蔽效应来增强固液相互作用，从而使图案化ZnO水伏器件实现高电压输出。与以往依赖于各种薄膜材料的水伏器件（电压输出<6 V）相比，该器件可以在7小时内连续产生超过9 V的电压，比同类薄膜ZnO水伏器件（0.6 V）的电压输出提高了15倍。此外，通过打印技术经济高效地生产图案化ZnO水伏器件，为实现水伏器件的大规模集成与高性能输出提供了新的途径。图案化氧化锌水伏器件的轻质（20 g/m2）和灵活特性使其成为实际应用中大面积集成和能量收集的理想选择。成千上万的图案化ZnO水伏器件有望通过大规模串并联连接为户外环境中的多场景器件供电。

图2（a）图案化水伏器件大规模制造示意图；（b）大规模可集成图案化ZnO阵列；（c）单个图案化氧化锌ZnO水伏器件；（d）多个图案化ZnO水伏器件并联输出电流变化规律；（e）多个图案化ZnO水伏器件串联输出电压变化规律；（f）一个集成系统驱动电子手表示意图。

【研究发表情况】

全文链接

https://doi.org/10.1002/adfm.202421130

作者及团队链接

https://ae.sysu.edu.cn/teacher/ZouGuifu

https://www.x-mol.com/groups/Zou_Guifu

【项目支持】

该研究工作得到国家杰出青年科学基金（52325309），国家重点研发计划（2024YFA1509300），国家基础科学中心（22488101），国家自然科学基金（52372258、22372112），广东省高等学校功能分子工程基础研究卓越中心和中山大学绿色化学与分子工程研究院等项目支持。