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12月6日，《自然-纳米技术》(Nature Nanotechnology)以“Emerging hydrovoltaic technology” （正浮现的水伏技术）为题在线发表了我校纳米科学研究所团队关于水伏效应研究的综述成果。该刊编辑在期刊封面上以“Hydrovoltaics—new ways of harvesting electricity from water”（水伏学）推荐了该成果。
水对生命不可或缺。人体重量约70%的是水，细胞的水含量可达80%。水覆盖了约71%的地球表面，吸收了太阳辐射到达地表能量的近70%。地球上水动态吸纳释放能量的年平均功率高达60万亿千瓦，比全球人类的年平均能量消耗功率（2016年约180亿千瓦）高三个数量级，其中水蒸发的年平均功率达40 万亿千瓦，具有巨大的开发利用空间。水能不同于太阳能和风能，在水循环过程中可演化为蒸发能、雨滴能、流动能、落水能、波动能等丰富形式。
在人类历史上，通过各种各样的科学原理，如流水推动的水轮、蒸汽推动的机车、落水推动的发电机组将水的势能或动能根据经典力学和电磁动力学的原理转化成有用的机械运动和电能。另一方面，人们早在十九世纪就发现了水在压力差作用下通过狭小的腔道或缝隙流动会产生流动电势(streaming potential)等动电效应(electrokinetic effect)。动电效应的科学原理是基于热力学和静电学的结合，通过流固耦合剪切固液界面处的双电层而产生电信号。
早期水与低维材料结构相互作用的研究发现水分子流经碳纳米管可通过声子和库伦拖曳效应在碳纳米管中产生电信号，其原理通常为量子力学现象的二级效应，因此信号微弱，缺乏提升空间和应用潜力。
近年来，南京航空航天大学纳米科学研究所郭万林院士领导的多学科研究团队在石墨烯等二维材料理论和实验研究的基础上，对石墨烯等二维覆层体系的流-固-电耦合开展了系统的研究，以系统的、令人信服的实验证实以前国际上广泛报道的石墨烯等碳材料流致生电实际上是由石墨烯上的金属电极与液体的相互作用所致，而石墨烯完全浸入流动液体不发电。
与此相比，该团队发现了液滴在涂覆单层石墨烯的固体表面运动会产生与液滴运动速度成正比的拖曳液滴发电的“曳势”(drawing potential) (Nature Nanotech. 9, 378, 2014)、液面沿涂覆石墨烯的固体表面上下波动产生与波动速度成正比的波动发电的“波动势”(waving potential) (Nature Commun. 5, 3582, 2014)两种新的动电效应；并总结出双电层边界运动发电的新的动电效应理论；实现了基于“曳势”的书画传感、云雾雨滴能量收集等新技术。和华中科技大学研究团队合作发现廉价的碳黑等纳米结构材料可通过大气环境下无所不在的水的自然蒸发持续产生伏级的电能(Nature Nanotech. 12, 317，2017)。蒸发发电带来的最大优势是它不需要任何机械输入。在环境蒸发条件下，一厘米大小的炭黑片可稳定输出伏级电压。数平方厘米的薄膜产生的电能已经能够直接驱动液晶显示器。
类比于光伏、压电等能量转换效应，团队将这类通过材料与水作用直接转化水能为电能的现象称为“水伏效应”（Hydrovoltaic effect）。水伏效应为从自然水循环过程中捕获电能提供了新的技术途径，提升了水能利用的上限。这方面的研究迅速受到国际学术界的广泛关注并掀起了研究热潮。
目前已实现的水伏装置可望发展成非常简洁的清洁能量供应和智能系统。如水蒸发无处不在，不受天气、时空的影响, 其水伏系统可结合风能、太阳能、废热等显著提高蒸发发电量，在理论上具有比光伏技术更大的发展空间。水伏系统天然容易与流体环境和生物环境结合，可从地球水循环运动的各个环节捕获能量，将环境中的潜热等低品质能源转化为高品质电能，且兼有净水生产、气温调节的功效。利用液滴和液面的“曳势”，可以直观地测量液体流向、流速乃至离子浓度等流体信息。水伏效应器件与光电等微纳传感器件结合还可以构成自供能、自驱动传感系统等。现有的电子器件大多在固体结构或固体-固体界面工作，水伏系统在原理上工作于固体-液体或固-液-气界面，是对传统电子器件工作模式的发展，具有独特的发展空间。
尽管国际上水伏效应的研究已取得一定进展，但已报道的生电量还远未达到能满足日常生活用电的水平，离实际应用和产业化有很大距离。水伏技术真正成为颠覆性技术还需要在理论和实验两方面的协同研究攻关。期待本综述能够吸引更多研究人员加入到该领域，以推动水伏科技的快速发展和进步。
水伏学的研究还可进一步启发人们认识人类智慧的起源—大脑，并以此为基础发展类脑人工智能技术。神经信号主要为电信号，具体表现为溶液中的电位变化，其产生和传递涉及离子传输、离子定向扩散等。传统神经科学理论认为这些以离子的分布和迁移为主要载体的电信号在神经元之间的传递是人脑实现智能化运行的基础。然而，最近越来越多的研究进展暗示着生物通道中的电信号产生与传递可能并不限于离子，可能存在更多机制。不同于电脑依赖于晶体管，大脑运行主要依赖于液体和软物质，而人们对液体的微观水伏效应认识远滞后于固体，相关研究的深入还依赖基础理论的突破。
该成果得到了国家自然科学基金和校内基金的资助。