近期，程纲教授课题组的研究成果“A water collection system with ultra-high harvest rate and ultra-low energy consumption by integrating triboelectric plasma”在国际著名刊物Nano Energy (IF=17.881, JCR一区)上发表。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2022.107081

淡水是人类社会和生态系统必需的重要资源。全球有21亿人严重缺水，45亿人缺乏清洁水源。人们通过海水淡化、地下水开采、雨水收集等多种方法来收集淡水。很多偏远的干旱、半干旱地区雨水很少，甚至常年无雨，无法对雨水进行收集和利用。高昂的成本限制了海水淡化、深层地下水开采等技术的大规模应用。然而，很多干旱的沿海地区经常发生浓雾。由直径在一微米至几十微米之间的微小液滴组成的浓雾在海面上形成，然后被风吹向干旱的沿海陆地。收集雾水是为这些地区提供清洁淡水的廉价而有效的途径。

研究人员设计了各种人工雾水收集系统，其中一些模仿了动物和植物的雾水收集机制，成功实现了小型的雾水收集。由于具有价格低廉、耐候性好、无需电源供给、便于大面积制备和实施等优点，网式(特别是金属网)雾水收集器已被广泛应用。传统的网式雾水收集器依靠惯性碰撞来捕捉和收集雾滴，在风的作用下，雾滴与网格线碰撞沉积，并与后续沉积的雾滴合并长大，达到临界尺寸后，在重力作用下向下滑动，被收集到容器中。网孔不收集雾滴，但降低了空气阻力，维持了流向雾水收集器的雾滴通量。然而，靠惯性碰撞捕获雾滴的效率很低；此外，雾滴被捕获后，网格的表面粘附使水滴转移、脱落困难，影响后续雾滴的沉积，导致雾水收集连续性较差，最终导致雾水收集效率很低，约为1%-2%。

一种集成摩擦电等离子体的超高收集速率、超低能耗的雾水收集系统

本文发展了一种集成摩擦电等离子体的自驱动雾水收集系统。利用摩擦电等离子体向雾流中注入空间电荷，微小的水滴高效的沉积在雾水收集网上。通过赋予网格超疏水性，收集到的水迅速脱落，保证了雾收集系统的快速再生。最终雾水收集速率达到1311.79 g/(m²·min)，约为文献报道最大值的3.28倍，雾/水转换效率为55.5%。更重要的是，能耗降至0.052 kWh/m³，远低于常用的反渗透脱盐技术的~3 ~ 5 kWh/m³的能耗和新开发的高压电源辅助雾水收集系统的~ 2 kWh/m³能耗。建立了摩擦电等离子体与表面润湿性协同作用的物理模型，阐明了摩擦电等离子体与表面浸润性协同作用的机理。这种自驱动的高效雾水收集系统可以有效地缓解当地的水资源短缺问题。

顾广钦博士为论文的第一作者，鞠婕教授、程纲教授和杜祖亮教授是本文的共同通讯作者。本工作得到国家自然科学基金委、河南省科技厅、中国博士后科学基金会和河南大学的经费支持。