最近，在与水相互作用可发电的单层石墨烯中观察到了牵引电位。然而，在低成本和更稳定的层状材料方面产生吸引潜力仍然是一个挑战。在本研究中，我们使用电流体组装方法制造了光滑的氧化还原石墨烯(rGO)薄膜。通过控制离子溶液液滴在该rGO膜上的运动，可以产生毫伏量级的电压，离子溶液的类型和浓度以及液滴的体积和滑动速度会直接影响电压幅度。通过对rGO薄膜与硅探针之间电双排斥力的直接观察，证实了rGO薄膜上存在电双层(EDL)，从而在液滴/rGO薄膜界面形成了微电容。通过溶液中对阳离子的吸附和解吸，rGO膜上电子转移时产生了电，这是由rGO膜上的表面电荷密度决定的。由于rGO薄膜具有柔性，可以很容易地转移到软质基底上，因此在穿戴式能量采集设备和自供电微机电系统中具有广阔的应用前景。
  
Fig. 1 GO纳米薄片与rGO薄膜的表面表征及制备过程。(a) GO纳米薄片的AFM图。(b) GO纳米薄片的HRTEM图。(c) rGO薄膜的制备工艺。(d) rGO薄膜边缘形态的AFM图。(e) AFM检测rGO膜的详细表面结构。(f) rGO薄膜的SEM图。
 
 
Fig. 2 GO纳米薄片和rGO薄膜的组成和结构表征。(a) GO纳米薄片的C 1s谱。(b) rGO薄膜的C1s谱。GO纳米薄片和rGO薄膜的(c)拉曼光谱，(d) XRD图。
 
 
Fig. 3 在rGO薄膜上移动离子溶液液滴产生电压。(a)用于产生电压的实验装置的示意图。(b)拖动四种液滴(LiCl、NaCl、KCl、纯水)在rGO薄膜上交替滑动产生的电压曲线。(c)拖动0.05 M NaCl溶液的液滴所产生的电压。
 
 
Fig. 4拖动离子溶液液滴在rGO膜上滑动引起感应电压的影响因素。(a)四种水滴(LiCl、NaCl、KCl、纯水)的感应电压幅值与滑动速度的关系。(b)感应电压幅值与五种不同滑移速度下LiCl液滴浓度的关系。(c)五种浓度下LiCl液滴的诱导电压幅值与滑动速度的关系。(d) (c)所示拟合线斜率与LiCl液滴浓度的关系。
 
 
Fig. 5 电压产生的机理。(a) AFM法向力测量过程中探针接近水溶液中的rGO薄膜的示意图。(b)法向力(Fn)/R与分离的关系。(c) EDL示意图。(d)液滴运动示意图。(e)离子溶液的液滴与rGO膜接触动态过程的等效电路。(f)两种电阻下rGO薄膜的感应电压幅值与滑动速度的关系。
 
      相关研究成果于2020年由清华大学Jinjin Li 课题组，发表在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 film。

摘自《石墨烯杂志》公众号：