NatureWater|福建农林大学周顺桂团队：绿叶蒸腾诱导发电——揭示植物蒸腾作用的水伏效应

2024年9月16日，福建农林大学周顺桂教授团队在《Nature Water》（《自然-水》）期刊发表了题为“Hydrovoltaic electricity generation induced by living leaf transpiration”（绿叶蒸腾诱导水伏发电）的研究论文。该论文报道了一种基于活荷叶的植物蒸腾发电机（LTG），可利用植物叶片蒸腾作用的水循环过程直接捕获环境潜热实现持续产电，首次揭示了植物蒸腾作用的水伏效应。 

植物蒸腾作用是陆地表面最大的水通量之一，占地球蒸散发的80%-90%，蕴含着巨大的水伏能量潜力。植物蒸腾作用和纯物理水蒸发都具有水的相变过程，吸收环境潜热（能量最终来源于太阳），因此，理论上蒸腾作用可与水蒸发诱导发电机一样通过水伏电子器件将蒸发潜热转换为电能。遗憾的是，当前的研究还主要侧重于利用纳米工程手段构建仿蒸腾过程的人工发电装置，通过模拟蒸腾过程来增强或调控产电性能，而对植物蒸腾产电的验证和产电机制反而缺乏深入研究。实际上，植物蒸腾过程不仅受外部环境条件影响，还受到植物本身特性的调节，比纯蒸发物理过程更为复杂。植物内含有电解质等导电物质，也可能参与蒸腾的水循环对发电产生贡献。更重要的是，活体叶片蒸腾是通过植物代谢实现自发的水文循环，完美解决了传统水伏器件对外部水源的绝对依赖。因此，探索植物活叶蒸腾产电过程和工作机制，对于推进生物基水伏的理论认识和实际应用都具有重要意义。

研究人员首先通过一系列的产电验证实验设计和原位电学测试，证实了利用植物活叶蒸腾作用诱导发电的可行性。进一步研究表明，植物蒸腾发电性能受其本身生理活动与环境等多因素的影响（如蒸腾速率、气孔开闭状态、温度等），并探讨了植物蒸腾发电的工作机制。最后，通过研究自然界中不同植物的蒸腾产电情况，进一步证明了植物蒸腾产电现象的普适性。鉴于植物蒸腾作用水伏效应的广泛存在，本研究为推进未来绿色能源技术发展提供了新视角，并在实际应用，特别是满足物联网（IoT）能源需求方面具有深远意义。

 

Hydrovoltaic electricity generation induced by living leaf transpiration

据悉福建农林大学为本论文唯一通讯单位，我校胡启昌老师为论文第一作者，周顺桂教授为通讯作者，福建农林大学农业工程博士生林秀钰，资源与环境学院任国平老师，吕健老师等参与了本项研究。该研究得到了国家杰出青年科学基金（41925028）、国家自然科学基金（92251301，42377310）、中国博士后科学基金（2024T170148）和福建省自然科学基金 （2022J01154）的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s4421-024-00311-9

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