水蒸发是一种普遍存在的自然过程，它从周围环境中获取热能。它已被用于许多应用，包括纳米结构的合成和能量采集装置的构建。在这里，我们表明，水从各种纳米结构碳材料表面蒸发可以用来发电。我们发现，从厘米尺寸的炭黑片材表面蒸发可以在室温条件下产生高达1V的持续电压。水分子和碳层之间的相互作用以及在多孔碳片内蒸发诱导的水流被认为是产生电压的关键。这种发电方法与传统的流动电势有关（这依赖于驱动离子溶液通过狭窄的间隙），以及最近报道的通过在石墨烯表面移动离子溶液方法，但是它利用自然的蒸发过程并且使用便宜的碳黑，这在实际装置的开发中具有很大的优势。

图1 | 炭黑（CB）中的蒸发诱导电。 a，测量蒸发感应电压的装置和实验装置示意图。 该器件由1.0×2.5cm2的CB片和两个2mm宽的多壁碳纳米管（MWCNT）电极组成，基底为石英片。 将装置插入去离子水中用于电压测量。 b，CB的典型HR-TEM图像（a中的紫色圆圈）。 比例尺，5nm。 c，CB中水蒸发和诱导水流的示意图（b中的紫色椭圆）。 d，在湿度波动为53.5和66％之间，室温为21.7℃和23.6℃之间的实验室条件下，由CB蒸发水产生的开路电压（Voc）持续163小时。 在0和1.5小时，70.0和70.1小时以及163.0和163.1小时之间的测量曲线在插图中放大。

图2 |环境条件相关的蒸发诱导电位。 a，当烧杯被周期性密封和开封时装置的测量Voc。 b，在实验室环境中Voc（黑色）通过速度为1.9,2.2,2.4,2.6和2.9m s-1的风速（红色）增强。 c，在〜22℃的稳定环境温度下Voc（黑色）变化作为相对环境湿度（红色）的函数。 d，Voc（黑色）变化随环境温度（蓝色）和环境湿度（红色）而变化。 e，七电极装置（插图）的每两个相邻电极之间的饱和电压差，其中底部两个电极插入水中。电极的空间固定为5mm。 a，b和e中的环境温度为〜22℃，环境相对湿度在a和b中为〜70％，在e中为〜73％。 f，蒸发诱导电位器件的开关极性测试。当不改变电路连接，器件翻转时感应电压反转其符号。红色和黑色曲线分别是装置在翻转之前和之后的相应Voc。

　图3 | 蒸发诱导电的原因。 a，b，由三层水（黄色，获得电子;蓝色，失去电子）覆盖的功能性C-O-C石墨烯（a）和原始石墨烯（b）中的电荷再分布。等值面设定为0.00015e-3。水接触感应电子再分布在碳层中的每个面板底部标记。 c，原始（黑色）和退火且等离子体处理（红色）CB的FTIR光谱。 插图是原始CB（右下）和退火且等离子体处理的CB（左上）的水接触角图像。 d，多孔CB片材中蒸发诱导流动效应的实验装置。 具有两个间隔为5mm的CB片电极下半部通过PE膜密封在烧杯中，而CB片的上半部暴露于环境空气。 e，上半部分在不同风速下的水蒸发在两个电极之间感应出电压。

图4 | 蒸发诱导发电的缩放和应用。 a，四个单独的器件及其串联和并联连接的电流-电压曲线。 插图：电路图。 b，由四个串联器件驱动的液晶显示器照片。 每个器件以图1a所示的方式制造。

我们已经证明，几微米厚度、几厘米尺寸的CB片材上的水蒸发可以产生与标准AA电池相当的持续电压。与以前报道的从复杂环境中收集能量的方法（例如振动，太阳能，风能和海洋能量）相比，发电发生在周围环境中，将环境热能直接转换成电能。与经典的流动电位由外部施加的压力梯度和其他新报告所产生的电位比较，这里的发电通过无机械功或人工能量输入的自然过程获得。蒸发诱导电位使电能从蒸发过程中逸出，这将显热转换为潜热。此外，由于从碳材料的水蒸发可以显着增强和优化流动感应电位，可以用于完成基本任务，如灭菌，水净化和海水淡化。这种方法在地球温暖地区的大规模应用中可能具有特殊价值。
　　相关研究成果发表在Nature Nanotechnology(DOI: 10.1038/NNANO.2016.300)上。(来源：石墨烯网)