能源與環境的相關問題一直激勵著科研人員對新能源材料及其相關器件的開發。尋找簡單、高效的可再生能源，實現能源和社會的可持續發展在當今社會顯得非常重要。具有官能團梯度的濕氣發電材料出現或將開啟能源領域的一個新研究方向。通過材料中固定的官能團梯度，借助濕氣使得材料官能團上較小離子解離并在濃度梯度差的驅使下迅速定向移動，從而產生電壓和電流輸出。
研究人員以具有高比表面積、縱向傳輸通道的梯度摻雜碳基納米線為基礎材料，將通過濃度控制電沉積（Concentration-Controlled Electro-Deposition，CCED）技術構建的梯度摻雜碳基納米線（GDNw）用于濕氣發電。這種具有離子梯度分布加上其本身獨特的一維納米線結構使得水分子的更好地收集和擴散，以及納米線內的離子更容易快速遷移。制備出的單根GDNw納米濕氣發電機在濕氣變化的條件下，能夠產生高達75 mV的輸出電壓和103.13 mW·cm-2的輸出功率。后期研究人員又將GDNw進行垂直整合，制備出具有梯度摻雜的納米線陣列（GDNa），這種陣列結構就像許多并聯連接的納米線電池一樣能夠使得電流輸出和功率有大幅的提升。GDNa相較于單根的GDNw納米發電機器件而言，輕微的濕氣刺激就可以產生140nA的輸出電流。這種結構的設計，使得GDNa納米發電機器件在保有高比表面積納米材料性質的同時，電能的輸出得到了大幅度的提高，從而滿足了宏觀設備對更高能量的需求。該工作為在自供電設備和傳感系統中提供了全新的制備方法與設計思路。
相關研究工作以Gradient doped polymer nanowire for moistelectric nanogenerator（《梯度摻雜的聚合物納米線濕氣發電機》）為題，已于近日發表在國際著名期刊《納米能源》上。文章第一作者為北京理工大學聶肖威博士，通訊作者為北京理工大學陳南教授和曲良體教授。該研究工作得到了國家自然科學基金、北京市自然科學基金等基金項目的支持。
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