可持续和环保来源的电能已经被广泛研究和获取，如风能、太阳能、水力、生物质和其他非化石燃料。在传统的水力发电中，利用涡轮机将水的势能转换为机械能进行发电，往往需要特殊的地形和复杂的基础设施。水蒸发是一种常见的自然现象，它控制着各种生命活动中的能量转移，流动电压以生物电的形式广泛存在于生命活动的组织液体中。例如，由于内部和外部离子的浓度不同，跨膜电位存在于细胞膜中；当树液在树干中从底部向顶部输送时，就会产生流动势。因此，如何利用生命活动中水蒸发现象进而实现电能的产生和收集仍然具有一定的挑战。
受植物蒸腾过程中产生生物电的启发，中山大学周剑副教授团队开发了一种具有大比表面积和分层多孔结构的纤维素木材用于蒸汽驱动发电装置。通过去除木质素和半纤维素释放木材细胞壁中的孔道，设计了纤维素木材作为高效捕获和传输水和蒸汽的坚固载体。更进一步，通过导电聚合物聚（3,4-亚乙基二氧噻吩）/聚（苯乙烯磺酸盐）（PEDOT/PSS）增强电离和电荷传输能力，实现定向蒸汽驱动发电。文章以“Construction of hierarchical and porous cellulosic wood with high mechanical strength towards directional Evaporation-driven electrical generation”为题，在线发表于在期刊《Chemical Engineering Journal》。
图1. 纤维素木材湿气发电的制备方法和策略
团队成员探究了该发电装置在不同盐溶液中的发电情况，水溶液中较高浓度的离子和较高的温差可以促进质子运动和水蒸发速率，以增加电压产生。具有高度定向特征的纤维素木材的天然结构可以表现出定向发电能力。本研究为定制木质材料以应用于发电提供了一种可行的策略，这可以很容易地从水热蒸发能量中收集电力。
原文链接：Wang, C., Tang, S., Li, B., Fan, J., & Zhou, J. Construction of Hierarchical and Porous Cellulosic Wood with High Mechanical Strength towards Directional Evaporation-driven Electrical Generation. Chemical Engineering Journal, 2022, 140568.
https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.140568
中山大学材料科学与工程学院周剑团队介绍
研究方向：先进电子与纤维材料
研究兴趣：有机/无机半导体的合成制备及应用研究；先进纤维及织物电子的设计与应用研究；植物资源固废转化与应用研究；气凝胶新型制造方法及产业化应用研究；柔性电子技术与健康医疗
团队现有特聘副研究员1名，博士后3名，硕士5名。团队拥有完善的材料合成与表征实验室、材料加工与器件等实验室，中山大学东校园化学与材料综合楼中团队科研场地面积超120平方米。现已配置微型高分子合成反应釜，导电高分子液相和气相合成装置、冷冻干燥机、超临界干燥设备、真空手套箱、匀胶机、多通道温度采集系统、四探针表面方阻仪、新型离心纺丝机、小型及中试湿法纺丝机、纳米纤维素提取分离系统、激光雕刻切割机、真空管式炉、万能拉力机等实验设备与仪器。
团队与国内外多个课题组，包括美国加州大学戴维斯分校，加拿大英属哥伦比亚大学（UBC），澳大利亚迪肯大学、沙特阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）、中科大、四川大学等建立了密切合作关系，在国际交流中形成了良好的学术生态环境。
课题组长期招聘具有材料、化学、物理、机械、电子等背景的本科生、硕士、博士后、特聘副研究员、特聘研究员和国内外访问学者来进行学习与研究。现有新型有机/无机半导体的合成制备、植物资源固废转化与应用、高性能纤维与气凝胶材料, 锂电池软包铝塑膜等方向的博士后需求。
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