海洋能源是解决能源危机和环境污染问题的潜在能源之一。如何切实利用海洋能源生产可持续能源仍然是一个挑战。在本工作中，我们制造了一种半波整流水流驱动的摩擦电纳米发电机(HRWF-TENG)来收集水波能量，并通过自供电的电化学劈开水来生产氢。HRWF-TENG采用半波整流电路实现了大电压、低损耗的直流输出，在140转/分时，开路电压和短路电流分别达到100 V和90 μA。制备了RuO_x/CNT催化剂用于析氢反应(HER)， HRWF-TENG在阴极为水分子提供电子生成氢。通过将HRWF-TENG与水分离装置直接连接，整个系统的产氢率为12.32 μL min^-1，可持续的氢能转换效率为2.38%。整个设计采用半波整流TENG对传统的自供电水分离系统进行了简化，为将海洋能转化为可再生氢能提供了更实用的策略。
 
  
图 1. (a) HRWF-TENG的原理图 (b)电荷转移过程的运行机理示意图。(c)半波整流操作包括反向充放过程。(d)开路电压(Voc)、短路电流(Isc)、(e) HRWF-TENG在60 rpm到140 rpm转速范围内的半波整流V_oc和I_sc。
 
 
图2  RuO_x/CNT的结构表征及电催化性能。(a) RuO_x/CNT的TEM图像，(b) HRTEM图像。(c) RuO_x/CNT的3p Ru的XPS光谱。 (d)在1 M KOH中RuOx/CNT和20% wt% Pt/C未经iR校正的HER极化曲线。(e) RuO_x/CNT的长期耐久性试验。
 
 
图 3. (a)半波整流能量转换系统等效电路图。(b)基于电化学电池从机械能转化为化学能的照片。(c)不同转速下能量转换系统输出的电流; (d)转速下的电流。
 
 
图4。(a) Pt电极在NaOH溶液中不同时间收集O₂的照片。(b) O₂生成速率与转速的关系。(c)不同转速下H₂ (RuO_x/CNT电极)和O₂ (Pt电极)的生成速率。(d)在O₂产率为6 μL min^-1时，RuO_x/CNT催化剂的电流密度。(e) Pt电极初始生成氧气的照片。(f) 10分钟后Pt电极产生氧气的照片。
  
        相关科研成果由苏州大学Jun Zhong和Xuhui Sun等于2021年发表在Nano Energy (doi:10.1016/j.nanoen.2021.106870)上。原文：A half-wave rectifying triboelectric nanogenerator for self-powered water splitting towards hydrogen production。

转自《石墨烯研究》公众号