江苏科技大学《AFM》：全球缺水与能源危机迎新解

全球淡水危机正在加剧，主要受到气候变化、人口增长和水资源管理不当等因素的影响。目前，约有20亿人生活在水资源紧张的地区，预计这一状况将在未来几十年内进一步恶化。与此同时，全球也面临着日益严峻的能源危机。随着工业化、城市化进程加快以及技术不断发展，能源需求需求迅速增长，而传统能源生产方式对环境的负面影响已变得愈发不可持续。水资源短缺和能源危机这两个密切相关的问题，亟需开发能够同时解决这两大挑战的技术。

近日，江苏科技大学机械工程学院冯晓明副教授在《Advanced Functional Materials》上发表题为“Bioinspired Dual-Function Device Integrating Fog Harvesting and Hydro-To-Electricity Conversion for Sustainable Supply of Freshwater and Electricity”的研究论文。

该研究以仙人掌的高效雾水收集能力和瓶子草的超快速水输送特性为启发，结合激光加工技术（包括脊柱和凹槽结构设计）和化学改性技术（如润湿梯度处理），创新性地设计并制造了一种协同优化的仿生雾水收集器（BFWC）。此外，通过引入高导热率的石墨烯材料，有效解决了雾水收集过程中释放的热量散失问题，进一步提升了装置的性能。在此基础上，将BFWC与固液摩擦纳米发电机（具有相同基底结构）相结合，开发出一种集雾水收集和水电转换于一体的仿生双功能装置（BDFD）。

接着作者对优化设计的生雾水收集器（BFWC）和仿生双功能装置（BDFD）性能进行表征。实验结果表明，优化后的BFWC结构显著提升了雾水捕获和输送效率。与传统雾水收集器相比，BFWC的雾收集效率达到48940 mg cm^-2 h^-1，较非仿生样品提升了305%。同时，BDFD装置输出电压达到12.5V，实现了28.9 nC的转移电荷量，成功将雾能转化为电能。这一成果不仅为雾能高效利用提供了新的技术路径，更为全球范围内的可持续水和能源解决方案开辟了可能性。

图2. 双功能装置BDFD的雾水收集性能

该工作得到了国家自然科学基金面上、江苏省“青蓝工程”、镇江市基础研究专项和江苏科技大学“深蓝人才工程”等项目的资助。