将太阳能作为不可再生能源的替代，促进绿色清洁能源的开发是实现可持续发展的重要举措。基于光热效应（photothermal effect，PTE）的太阳能蒸汽发生器（Solar steam generation，SSG）是近年来发展起来的一种很有前景的太阳能捕获策略，可用于海水淡化，以解决淡水短缺的问题。有趣的是，在SSG过程中，水输运的动能作为太阳能的载体也提供了一种很有前景的收集电力的方法。当纳米材料和液体之间的相对位置发生变化时，就会发生一种称为水伏效应（hydrovoltaic effect，HVE）的能量转换模式，这种发电现象早在几十年前就被提出了。HVE主要是基于壁材料的表面电荷在水/固界面处形成双电层（Double electric layer，EDL）来实现的。当水通过狭窄的通道时，EDL中的移动反离子被水分子运输，在毛细管两端之间形成电位差。根据HVE理论，在水蒸发过程中，在毛细通道中可以将机械能转化为电能。因此，PTE和HVE可以在SSG中结合，实现发电和海水淡化的协同集成，为能源危机和淡水短缺提供具有前途的解决方案。尽管目前已经有研究人员尝试将水蒸发和水力发电结合起来，但是同时实现高蒸发速率和优异的发电性能仍然存在较大挑战。
本团队开发了一种基于三维多孔亲水石墨烯气凝胶（GA）的太阳能驱动水伏发电-水蒸发集成系统（Solar driven freshwater-electricity cogeneration，SFEG）。这种3D柱状的GA能提供垂直毛细管通道，直接竖直放置便可形成湿度差，这对于电位差的产生至关重要。为了更好的实现电压输出，GA直接放置在SSG界面处，由于具有良好的孔隙度和热管理，即使不采用泡沫作为保温隔离，在一个太阳照射下仍然实现了2.17 kg m-2 h-1的高蒸发速率。此外，具有较高比表面积和孔隙率的GA可以产生较大的净电荷，减少海水蒸发过程中的盐分积累。经过优化后，单个GA可连续输出电压为0.84 V。 当盐度为3.5%（真实海水常见盐度）时，输出电压为0.87 V，短路电流为0.5 mA。当负载电阻为1 kΩ时，最大输出功率密度为6.84 mW cm−2。实际太阳照射下的室外实验表明，该SFEG装置可以在有效淡化海水的同时实现高效发电，且具有良好的耐久性。GA具有制备简单、成本低、可重复使用、可扩展等优点，在实际应用中具有广阔的前景。
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https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2023/ta/d2ta08590a