人体呼吸与植物蒸腾一直与环境进行水分交换,其中蕴含的能量长期以来一直被忽视。湿气发电机可以将环境湿气中蕴含的能量转化为电能,且具有结构简单、持续产电、直接产生直流电等优点。但是,在呼吸中和蒸腾中产电的湿气发电机电压较低、产电速度较慢,且大多制备过程繁琐、能耗大、材料成本高且不可再生。木质纤维素材料有天然的微观的单向的孔道、富含亲水官能团,具有本征的湿电效应,且来源广泛、储量丰富、可再生降解,是制备湿气发电机的理想候选材料。因此,受人体呼吸和植物蒸腾现象启发,设计构建基于木质纤维素材料的湿气发电机,将环境湿气中的能量直接转换为电能,对改善能源结构,提升能源利用效率,促进经济社会可持续发展具有重要的战略意义。因此,本研究从结构上设计了两类湿气发电机:一类是基于木材遗态结构的骨架纤维素湿气发电机。在木材单向孔隙的基础上构造纳米孔道、异质结构和钠离子梯度,赋予湿气发电机高电压与快速产电的特性,拟实现人体呼吸直接高效产电的目的。另一类是基于多级纳米纤维素结构的湿气发电机。设计表面具有大量纳米孔隙和微米状叶脉网络的多尺度层级纳米纤维素膜,赋湿气发电机高电压和高湿度微弱湿度变化灵敏性的特点,拟实现植物蒸腾高效产电的目的。研究结果表明:（1）基于木材遗态结构的纤维素骨架湿气发电机上具有丰富的单向微纳米孔隙和亲水官能团,有助于其快速产电并监测呼吸变化。异质结构和钠离子梯度,可促进其快速的产生高电压的直流电。在4.40 KPa蒸汽压、厚度为1.4 mm时,其电压达到最大,约为780 m V。概念验证了它从人体呼吸中产电为可穿戴设备供能,并做呼吸传感器的应用场景。在呼吸时,其产生的电压在500～780 m V之间波动,且电流为直流电。其产生的电能可以储存起来,在10 s将33μF的电容充至0.7 V。此外,其还可做自供电呼吸传感器,监测人体的呼吸频率变化。（2）在基于多级纳米纤维素结构的湿气发电机中,纳米孔隙使其产生较高的电压且响应微弱湿度变化,微米网络有助于其持续产电,异质结构和单侧透湿结构进一步提高其电压。在4.40 KPa蒸汽压、厚度37.0μm时,其电压达到最大,约为600 m V。其在0°、30°、60°、90°的弯折角度下,均产生相对稳定的电压,约为600 m V,表明它具有较好的柔性和抗干扰能力。其可以从植物蒸腾作用中产生约600 m V的直流电,且其电压曲线同人体呼吸产电电压曲线类似,能反映植物蒸腾中的微弱湿度变化。此外,其可以从人体皮肤、呼吸和环境中产电,在呼吸时,其电压最高可达700 m V;同时,其也适合做相应的湿气传感检测,监测植物蒸腾和人体呼吸。两部分研究均表明,基于木质纤维素的湿气发电机,既可以从人体呼吸和植物蒸腾中产电,也可做传感器,监测人体呼吸与植物蒸腾的变化,在智能可穿戴时代具有广阔的应用前景。