近日，制冷与低温工程研究所ITEWA团队在Nature Nanotechnology上发表了题为“Electricity generated from upstream proton diffusion”的评述类文章。论文阐明了“质子逆水流扩散诱导发电”的工作原理及能量转换机制，对比分析了常规及新型质子扩散诱导发电的内在机制，为依靠质子逆水流扩散构建高性能发电系统的材料设计与器件研发提供了潜在策略。制冷与低温工程研究所博士生王鹏飞为第一作者，李廷贤研究员为通讯作者。
从环境中收集能源是满足分散能源需求的有效方法。借助材料与水分子之间的相互作用，水伏发电技术可以从无处不在的自然水循环过程获取电能，得到学界内广泛关注。研究表明仅通过水滴滴在纳米材料上、或将纳米材料的一侧浸入水溶液中，即可诱导水流流过带电表面，进而持续供电。其中，水溶液中与材料带电表面极性相反的离子随水流一起运动被认为是必不可少的。Nature Nanotechnology最新研究成果表明，解离的质子在MPCF复合薄膜中会沿与水流渗透方向相反的方向扩散，并能产生持久的电能，即“质子逆水流扩散诱导发电”，打破了解离离子必须随水流协同运动发电的传统认知。
文章从该技术的工作原理出发，对比分析了该技术与传统质子顺水流扩散诱导发电的作用机制，阐明了MPCF复合薄膜自身的低水渗透率和低质子扩散率是产生这一电现象的根本原因。文章特别指出，水滴的化学势能被认为是实现质子与羟基解离的唯一能量来源，这种能量是否有助于先前报道的水伏发电技术值得进一步研究。文章展望了如果将液态水替换为更具吸湿性的盐溶液，该技术有望实现更长效可持续的电力输出。文章最后从原理探索及材料构建等方面指出了该技术的未来发展方向，为构建高性能可持续水伏发电系统提供了新思路。
常规及新型质子扩散诱导的水伏发电技术原理对比
制冷与低温工程研究所王如竹教授领衔的ITEWA交叉学科创新团队（Innovative Team for Energy，Water & Air）致力于解决能源、水、空气领域的前沿基础性科学问题和关键技术，旨在通过学科交叉实现材料-器件-系统层面的整体解决方案，推动相关领域取得突破性进展。近年来在Science、Nature Reviews Materials、Nature Energy、Nature Nanotechnology、Nature Water、Nature Communications等国际期刊上发表系列跨学科交叉论文。
