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水资源在当今社会相当的重要。淡水资源不但是生命之源,更可以作为原材料制备氢气或利用水的动能产生电力。在光电催化分解水制备氢气的过程中,其内部载流子分离效率一直是制约光电催化整体效率的重要因素。对于依靠压电效应促进载流子分离率的方法而言,为提高压电效应,铁电或压电材料的电阻往往较高,这不利于光生载流子的分离。为解决这个难题,本文首先考虑了将压电部分放置于电荷收集层之后,使得压电材料的高电阻不影响载流子的分离。作者构建了相应的异质结的理论模型,并通过计算的方法论证了采用不同电荷收集层时,电荷收集层对铁电势的屏蔽效应。作者证明了采用单层石墨烯时,铁电势可以穿过石墨烯并影响光电催化。作者在理论研究的基础之上,进一步通过实验制备了PMN-PT/石墨烯/TiO2的光电催化器件,实验同样证明了PMN-PT的铁电势可以穿过石墨烯,并可以促进二氧化钛的光电催化效率,在1 V vs RHE的电压下,通过施加正向偏压,光电流有了50%的提升,并且开启电压也下降了约0.1 V,器件整体的填充因子也相应增加。这是目前为止压电电子调控对于光电流来说能得到的最大的改进。此外,作者制备了同步能量收集和探测的摩擦纳米发电机。该发电机利用探测物质本身来发电,而不是将发电机与传感器相结合进行自供能探测。由于液滴改变了传感器的内部的介电系数,该摩擦发电机可以生产电能的同时,检测水滴中氯化钠的含量。与一般的摩擦发电机发电原理不同,该摩擦发电机利用液珠滚落超疏水PDMS层时介电系数的变化发电。该传感器的输出电压和电流在氯化钠浓度从0 mmol/L上升至1 mmol/L时,逐渐从0.24 V和2.44 nA下降到0.092 V和1.00 nA。最佳匹配电阻为0.3 GΩ,此时对应最大输出功率为1.17 nW,对应的功率密度为5.0 mW/m2。