气态水是地球上最丰富的自然资源之一。因其环保性和易得性，气态水在水收集、能源存储与转化等领域的利用引起了巨大的研究兴趣。随着新材料和新技术的发展，气态水的收集和利用为解决水和能源危机提供了一种前景广阔的、可持续的方法。碳基功能材料因其高表面积、优异吸附性能和较高表面活性，被认为是气态水利用不可或缺的材料。

近期，清华大学化学系曲良体教授、程虎虎博士团队总结了碳基功能材料在水汽利用方面的研究进展。详细分析了碳基功能材料与气态水分子之间的相互作用，并系统介绍了近年来基于碳基功能材料与水汽相互作用开发的先进技术，主要集中在空气取水装置、湿气发电器件和湿气响应致动器等方面。最后，还对当前挑战和未来发展进行了展望。本工作受到国家自然科学基金委、清华大学佛山先进制造研究院的资助。贺文娅博士为第一作者，共同作者还包括清华大学博士研究生林腾宇同学。

图2 功能材料与水汽的相互作用。

图3 碳基功能材料用于空气取水装置。

图4 结构设计提升碳基功能材料空气取水性能。

图5碳基量子点材料用于湿气发电器件。

图6 碳基纤维材料用于湿气发电器件。

图7碳基薄膜材料用于湿气发电器件。

图8三维碳基功能泡沫用于湿气发电器件。

图9碳基功能材料用于纤维基湿气致动器。

图10 碳基功能材料用于薄膜型湿气致动器。

图11三维碳基功能材料设计提升湿气致动性能。

图12挑战与展望。

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He W, Lin T, Cheng H, et al. Carbon-based functional materials for atmospheric water utilization. Nano Research, 2023, https://doi.org/10.1007/s12274-023-6169-x.