最近，在與水相互作用可發(fā)電的單層石墨烯中觀察到了牽引電位。然而，在低成本和更穩(wěn)定的層狀材料方面產(chǎn)生吸引潛力仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。在本研究中，我們使用電流體組裝方法制造了光滑的氧化還原石墨烯(rGO)薄膜。通過(guò)控制離子溶液液滴在該rGO膜上的運(yùn)動(dòng)，可以產(chǎn)生毫伏量級(jí)的電壓，離子溶液的類型和濃度以及液滴的體積和滑動(dòng)速度會(huì)直接影響電壓幅度。通過(guò)對(duì)rGO薄膜與硅探針之間電雙排斥力的直接觀察，證實(shí)了rGO薄膜上存在電雙層(EDL)，從而在液滴/rGO薄膜界面形成了微電容。通過(guò)溶液中對(duì)陽(yáng)離子的吸附和解吸，rGO膜上電子轉(zhuǎn)移時(shí)產(chǎn)生了電，這是由rGO膜上的表面電荷密度決定的。由于rGO薄膜具有柔性，可以很容易地轉(zhuǎn)移到軟質(zhì)基底上，因此在穿戴式能量采集設(shè)備和自供電微機(jī)電系統(tǒng)中具有廣闊的應(yīng)用前景。
Fig. 1 GO納米薄片與rGO薄膜的表面表征及制備過(guò)程。(a) GO納米薄片的AFM圖。(b) GO納米薄片的HRTEM圖。(c) rGO薄膜的制備工藝。(d) rGO薄膜邊緣形態(tài)的AFM圖。(e) AFM檢測(cè)rGO膜的詳細(xì)表面結(jié)構(gòu)。(f) rGO薄膜的SEM圖。
Fig. 2 GO納米薄片和rGO薄膜的組成和結(jié)構(gòu)表征。(a) GO納米薄片的C 1s譜。(b) rGO薄膜的C1s譜。GO納米薄片和rGO薄膜的(c)拉曼光譜，(d) XRD圖。
Fig. 3 在rGO薄膜上移動(dòng)離子溶液液滴產(chǎn)生電壓。(a)用于產(chǎn)生電壓的實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖。(b)拖動(dòng)四種液滴(LiCl、NaCl、KCl、純水)在rGO薄膜上交替滑動(dòng)產(chǎn)生的電壓曲線。(c)拖動(dòng)0.05 M NaCl溶液的液滴所產(chǎn)生的電壓。
Fig. 4拖動(dòng)離子溶液液滴在rGO膜上滑動(dòng)引起感應(yīng)電壓的影響因素。(a)四種水滴(LiCl、NaCl、KCl、純水)的感應(yīng)電壓幅值與滑動(dòng)速度的關(guān)系。(b)感應(yīng)電壓幅值與五種不同滑移速度下LiCl液滴濃度的關(guān)系。(c)五種濃度下LiCl液滴的誘導(dǎo)電壓幅值與滑動(dòng)速度的關(guān)系。(d) (c)所示擬合線斜率與LiCl液滴濃度的關(guān)系。
Fig. 5 電壓產(chǎn)生的機(jī)理。(a) AFM法向力測(cè)量過(guò)程中探針接近水溶液中的rGO薄膜的示意圖。(b)法向力(Fn)/R與分離的關(guān)系。(c) EDL示意圖。(d)液滴運(yùn)動(dòng)示意圖。(e)離子溶液的液滴與rGO膜接觸動(dòng)態(tài)過(guò)程的等效電路。(f)兩種電阻下rGO薄膜的感應(yīng)電壓幅值與滑動(dòng)速度的關(guān)系。
相關(guān)研究成果于2020年由清華大學(xué)Jinjin Li 課題組，發(fā)表在Journal of Materials Chemistry A (DOI: 10.1039/d0ta02868a)上。原文 ：Electricity generation by sliding an ionic solution droplet on a self-assembled reduced graphene oxide ?lm。
摘自《石墨烯雜志》公眾號(hào)：
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