Heterojunction Synergized Nanofluidic Ionic Diode for High‐Performance Hydrovoltaic Electricity Generation

材料科学 二极管 纳米技术 异质结 光电子学 纳米线 离子键合 纳米流体学 电压 电流密度 电荷密度 原子层沉积 功率密度 电场 多孔性 沉积(地质) 毛细管作用 电流(流体) 反向电渗析 发电 图层(电子)
作者
Yu Dai,Z. Liu,Kerui LI,Yaogang LI,Hongzhi Wang,Chengyi Hou,Qinghong ZHANG
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:38 (10): e18706-e18706 被引量:1
标识
DOI:10.1002/adma.202518706
摘要

Hydrovoltaic electricity generators have emerged as a promising strategy for harvesting low-grade environmental energy. Yet their output remains limited by inefficient charge separation, hydroxyl-induced electron trapping, and reverse current loss. Herein, we proposed a heterojunction synergized nanofluidic ionic diode concept to enhance HEG performance. Al-doped TiO2 (ATO) was conformally deposited on vertically aligned Si nanowires (SiNWs) via atomic layer deposition to form a SiNWs/ATO heterojunction, where the built-in electric field facilitates the efficient separation of charge induced by evaporation-driven capillary flow. Simultaneously, a nanofluidic ionic diode is established between positively charged SiNWs/ATO nanochannels and the negatively charged porous CNT membrane, enabling rectified ion-selective transport. The synergistic effects of the heterojunction and nanofluidic ionic diode significantly promote both electron-hole separation and anion/cation selective transport. The SiNWs/ATO HEG achieves an updated recorded performance, delivering an open-circuit voltage of 1.0 V, a short-circuit current density of 71.0 µA·cm-2, and a peak power density of 45.8 µW·cm-2, approximately twice the highest values previously reported for HEGs. This work not only achieves a mechanistic co-optimization of charge separation and ionic transport induced by evaporation-driven capillary flow, but also offers a novel design strategy and practical framework to develop high-performance and durable HEG.
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