近日，我校先进纤维材料全国重点实验室、材料科学与工程学院王宏志、侯成义团队开发了一种高效的固-液发电装置（H₂O₂ & energy generator, HEG），深入研究了固-液界面发生化学反应和能量传递的机制。相关成果以《固-液界面电荷转移助力生成H₂O₂与电能》（Solid-liquid interface charge transfer for generation of H₂O₂ and energy）为题发表在《自然-通讯》（《Nature Communications》）。东华大学为第一单位，通讯作者为王宏志教授、侯成义研究员，第一作者为博士研究生胡云浩。

图1 固-液界面电子转移及H2O2生成机理

该研究利用开尔文探针力显微镜验证了在氟化乙烯丙烯(FEP)与水之间的电荷转移过程中，电子转移占主导地位。其中，液相中的部分OH-失去电子后转化为·OH，进一步结合生成 H₂O₂。这表明FEP和水界面处的电子转移同时驱动了能量（电能）和物质（H₂O₂）的生成。通过类晶体管结构设计、电荷隔离层构建和固相表面改性，获得了一种高效的固-液发电装置。该装置的发电效率从三个方面得到提升：优化电路设计、减少内部电荷损失和提高固-液电荷转移效率。研究发现，在固-液发电体系中，增加液相中电子供体OH⁻的浓度，可提高固-液发电性能，而H₂O₂的加入则影响固-液电子转移导致固-液体系的能量输出降低。

图2 固-液发电机理

图3 固-液接触发电的优化

图4 海洋物联网的应用

研究通过概念验证实验展示了固-液界面能量在海洋物联网等领域的应用价值，例如，HEG通过采集波浪的能量，有望实现沿海警告灯供能、无线水位监测以及船舶腐蚀防护等功能。这些功能不仅彰显了该技术在能源与环境领域的巨大潜力，也为绿色能源的可持续发展提供了新的思路。