电容器是三大被动元器件之一，在电子电路中起到至关重要的作用。据统计，每年的全球电容消费市场份额达200亿美元，中国是世界上最大的基础电子元件市场，一年消耗的电容数以万亿计，然而高端电容器一直受日美垄断。其中，滤波电容是电路中不可或缺的重要器件，起到滤波、稳压凯时登录网站、纹波滤除的作用，从而保证中央处理器、记忆存储器等精密电子器件的平稳运行，决定了先进电子器件/设备性能。
目前的商用滤波电容器以电解电容器为主，但是其庞大的体积占据了电路板中极大的空间，限制了电路小型化乃至设备小型化的进程。电化学电容器的比容量较电解电容器高三个数量级，这为发展微型化、集成化的滤波电容提供了可能。但受限于缓慢的离子迁移动力学，无法做到滤波需求的高频率响应能力。因此凯时登录网站，电化学电容器往往需要以牺牲比容量的方式，平衡高频率的需求凯时登录网站，到目前为止还难以实现实际应用。
胡亚杰等人（Nature, 2023, 624, 74–79）报道了一种电场增强离子迁移的新策略凯时登录网站，通过提升局部电场强度促进内部离子迁移速率以降低串联内阻，弥补电化学电容器高频特性的不足。基于垂直取向石墨烯与PEDOT：PSS衍生的复合活性电极，以及5微米的窄沟道结构，将面积比电容较之前工作提升一倍，达到5.2 mF cm-2凯时登录网站。在与商用电解质电容器频率性能相当的同时，比容量较之提升两个数量级凯时登录网站，并且通过飞秒激光的加工方法，实现了高密度、高一致性的集成，解决了电容器额定电压/电容的定制化问题。在实场验证中，该电容器表现出优异的滤波性能和电路兼容性，甚至针对于柔性电子电路也表现出优异的稳定滤波能力。
水资源是重要的能源载体，基于水的动态循环吸收和释放的能量高达6×1016 W，高出全球年平均用电量3个数量级。如果能够有效收集其中的能量，可以缓解全球能源需求危机。曲良体课题组在2015年首次实验上实现了水汽发电的有效输出，提出了湿气发电的基本过程。针对现有水诱导发电器件能量功率密度低的问题，今年发展出多种改进策略与思路凯时登录网站。
常规水诱导发电过程在水资源的一次利用后，仍以水汽或液体水存在，从而导致水循环中固有能量利用不充分，水诱导发电能量功率密度较低。受自然界土壤吸水过程的启发，李溥滢等集成了水流诱导发电层和湿气诱导发电层，构建了多级耦合水诱导发器件(Nature Communications 2023,14:5702)。从空气中主动吸收水分，形成液体层，伴随液体定向流动，产生一次电输出凯时登录网站。此过程中挥发的水汽进一步扩散到湿气诱导发电层，诱导膜内形成离子浓度梯度，离子定向迁移产生二次电能输出。基于多级功能层的协同和内部不同形态水（液体和湿气）的分流设计凯时登录网站凯时登录网站，单个器件实现了⁓91.77 mW m-2（⁓10.92 W m-3）的最大输出功率密度。此外，通过尺寸调控、空间优化和集成设计的三级设计策略凯时登录网站，水流诱导发电层和湿气诱导发电层可以作为“柔性构件”任意组装凯时登录网站，实现了对不同电子器件的直接定制能量输出，并在自然环境和折叠状态下维持稳定的性能，为水诱导发电能源系统的开发提供了创新的途径。
其次凯时登录网站，受自然生态系统表面液体迁移和光捕获功能的启发，白佳昕等开发了一种自诱导印迹策略来原位建立界面微槽结构(Energy Environ. Sci.,2023, 16, 3088)。该结构有效地协同水聚结、迁移和光收集，从而使水分吸附增强227%，光收集增强100%。这种界面增强型湿电器件凯时登录网站，可提供0.8 V的开路电压和高达1.6 mA cm-2的短路电流密度，可以作为可穿戴电源系统，在最户外的条件下持续工作，为突破环境能源输入限制，向高性能发电开辟了一条新途径。
湿电性能的集成输出是湿气发电器件面向实际应用的重要步骤。针对这一问题，何天程等发展了全印刷方法制备大面积平面湿发电器件阵列（Joule, 2023, 7, 935–951）。通过调制聚阳离子和聚阴离子浆料，单个器件单元(仅0.3 cm2)产生高达1.1 V的电压及2.6 mW cm-2的功率密度。一小片带有200个器件单元的薄片可提供200 V的电压和1.3 mA的电流。为了满足紧凑型电子产品的按需供电需求，构建了标准电源模块。此外，可扩展和可定制的平面湿发电器件阵列可以与柔性电路兼容集成，实现能量存储和电致变色。
黄亚鑫等进一步开发了直接3D打印技术指标高性能聚电解质湿电发生器件，可实现批量生产和高效集成（Adv. Funct. Mater. 2023, 2308620）。打印的湿电发生器件通过主动收集潮湿环境中的水分，产生0.8 V的开路电压和0.12 mA cm−2的短路电流密度。水分梯度、离子浓度梯度和离子扩散梯度的协同效应显著增强了离子对分离的驱动力，促进了离子的定向传输，这是器件单元具有高发电性能的原因，原位离子动力学研究和分子模拟进一步证实了这一点。当以串并联方式连接时，数百个器件单元可以提供超过180 V的高压和超过1 mA的电流。一个可以连续点亮数小时的“湿电灯”证明了3D打印的高性能聚电解质湿电发生器件阵列的实用性，为下一代环境自适应自供电系统提供了一种可行的、可扩展的3D打印方法。
淡水资源与人类生存以及社会发展息息相关，地球海洋广布但淡水资源极其稀缺，全球近三分之一的人口面临着不同程度的水资源短缺问题。光热水净化技术以太阳光为驱动力，能够高效快速地将海水转化为洁净水，具有绿色、可持续、碳中和、去中心化的特点，有望解决未来的水资源问题。目前凯时登录网站，研究者们已经通过引入高效光热界面材料实现了能量转化率、水蒸发速度的提高。但是，目前的研究大多以脱盐为净化目标，而实际的地表水中含有复杂多样的污染物。以挥发性有机物为例凯时登录网站，其由于工业污染而广泛存在于海洋中，仅痕量存在便会严重危害人体健康，而无法通过简单蒸馏的形式除去。而以油污为代表的非挥发性有机物则可能会附着在材料表面，阻塞材料结构，阻碍水传输过程。另外，细菌的存在也可能会阻塞和降解材料。多样的污染物均会引发膜和净化水的污染问题，影响材料的长期稳定工作。实现对复杂污染物的净化和防污，是实现光热水净化技术实践应用的重要问题。
郝轩章等研制了一种石墨烯/海藻酸复合凝胶膜，具有高度致密化的内部结构以及仿生的表面设计凯时登录网站，能够同时实现光驱动的高选择性水传输和多效防污功能（Nature Water,2023, 1, 982–991）。其中，通过内部聚合物分子网络调控，实现了基于自由态水消除和结合态水扩散的挥发性有机物分离和基于高渗透压梯度的离子阻截凯时登录网站。通过仿鱼鳞表面微纳结构的设计凯时登录网站，又使该凝胶膜获得了几何光陷阱增强的光吸收能力，基于水下Cassie接触的防油污能力以及基于暴露还原氧化石墨烯纳米片的物理-化学协同抗菌能力。
此外凯时登录网站，除了太阳能外，人类活动产生的废热也是不可忽略的重要能源，亦可用于水净化凯时登录网站凯时登录网站。朱凯旋等开发了一种低品位废热驱动的界面水蒸发材料（LGWH）（Adv. Mater. 2023, 35, 2211932.），该材料具有优异的吸水能力、畅通无阻的输水和三维骨架上均匀形成的薄水层，导致LGWH与薄层水之间形成巨大的接触界面，实现强烈的热交换。因此凯时登录网站，热局域聚氨酯/海藻酸泡沫可实现高效的能源利用和快速的水分蒸发 （81.0 L m−2 h−1@70 °C;97.1 L m−2 h−1@100 °C）。并且由此材料开发了海水淡化系统，该系统为清洁水生产和水盐分离提供了一种有前途且易于获得的解决方案，而不会产生额外的能源负担。
LGWH 驱动的界面水蒸发系统概念示意图，用于生产清洁水和从高盐度水中回收盐分凯时登录网站。
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