水与石墨烯的美妙作用

研究发现，水分子和石墨烯之间的相互作用可以自发产生可观的机械能和电能，由此可以制备出一系列新型的自驱动器件和产电器件，具有巨大的研究价值和潜在应用前景。

水是自然界中最常见的资源之一，廉价，易得。另一方面，石墨烯基的材料，作为近年来的明星材料，在能源转换的各个领域，展现出了巨大的潜力。近日，北京理工大学化学与化工学院韩庆、曲良体研究团队在Small Methods期刊上发表了综述论文“Interactions between Graphene‐Based Materials and Water Molecules toward Actuator and Electricity‐Generator Applications”，系统总结了近期有关于水和石墨烯基材料间的相互作用原理与机制，并展现了其在驱动器件和产电器件方面的重要应用前景。论文分别对不同状态水（包括液体、水蒸气、水溶液）与石墨烯基材料之间相互作用构建的驱动器件和电能发生器件进行了讨论。

在石墨烯-水驱动器方面，由于石墨烯与氧化石墨烯与水的亲和能力不同，石墨烯基材料在水分子接近时，氧化的石墨烯表现为水分子的吸附作用，而石墨烯表面则几乎无明显反应，因此片层内与片层间就产生不同的形变，造成机械驱动效果。

在石墨烯-水相互作用产生电能方面，围绕不同维度材料体系，包括一维石墨烯基纤维、二维石墨烯薄膜、三维石墨烯泡沫，分别详细介绍了其电能发生的机理及最新研究进展，对不同产电机制，例如水流动诱导自由电子定向运动，水汽诱导含氧官能团梯度中氢离子定向迁移等展开讨论。