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13
2026
-
05
CEJ: 把“湿度梯度写进孔道”，COF膜实现持续空气发电
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背景
在全球能源需求持续增长的背景下，开发可持续、低成本的新型发电技术成为重要方向。除了光能、风能之外，空气中的水分循环同样蕴含巨大潜力，“湿度发电”因此受到关注。然而，这类技术的核心挑战在于材料设计： 难以构建稳定、可控的内部湿度梯度。现有材料（如碳材料、凝胶等）多依赖后处理或随机结构，难以实现调控，导致离子迁移方向性弱、输出性能不稳定。同时，结构稳定性与长期运行能力也受到限制。因此，如何在材料内部构建可设计、稳定的梯度结构成为关键。
创新
近日，江南大学顾志国教授团队提出“孔道内亲水梯度构筑策略”，利用共价有机框架（COF）膜的有序结构，实现湿度驱动电能转换。通过层层组装构建四层异质结构，在保持COF拓扑结构一致的前提下，在一维长程有序孔道中引入梯度分布的亲水位点。同时引入离子位点，在吸湿过程中可解离形成载流子。当膜暴露于湿空气中时，不同区域的亲水性差异会形成内部“润湿梯度”，进而产生离子浓度差。该梯度驱动带电粒子定向迁移，从而在外电路中产生稳定电信号。与传统无序体系不同，这种“结构预设计”的梯度使离子迁移路径更加明确，显著提升能量转换效率。基于该膜构建的发电装置可稳定输出约0.6 V电压与70 nA电流，并在多循环测试中保持稳定表现。
意义
该工作将“梯度设计”从宏观结构推进到纳米孔道尺度，实现了对湿度驱动离子迁移的调控。相比传统依赖随机吸湿行为的材料，这种方法通过结构设计直接决定传输方向，使发电过程更加可控与稳定。更重要的是，该研究拓展了COF材料在能源领域的应用，从传统分离与吸附延伸至能量转换，为利用自然水循环中的能量提供了新路径。同时，该策略具有良好的设计灵活性，可通过调节孔道结构与功能基团实现性能优化。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/titbwrxajOjuY_AzFtW8MA
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