教育新闻网从稀薄的空气中发电可能听起来像是科幻小说，但是只要空气中有水分，基于纳米线发芽细菌的新技术就可以做到。一项新的研究表明，当这些线制成胶片时，它们是蛋白质细丝，可以将电子从细菌中带走，它们可以产生足够的功率来点亮发光二极管。该膜仅通过吸收周围空气中的湿气起作用。尽管研究人员不确定这些电线是如何工作的，但这些微型发电厂却大受打击：连接在一起的17台设备可以产生10伏特的电压，足以为手机供电。
没有参与这项工作的南京航空航天大学材料科学家郭万林说，新方法应该被认为是“里程碑式的进步”。郭研究水力发电，这是一种从水中收集电能的分子方法。
水力发电设备的工作方式仍然是个谜。当水滴与某些种类的石墨烯或其他材料相互作用时，会产生电荷，并且电子会移动通过这些材料。然而，关于这些设备如何产生电能仍然存在许多疑问。“我认为需要更深入的了解……”，马克斯·普朗克海洋微生物研究所开发微传感器的微生物学家Dirk de Beer说。
研究人员还刚刚开始学习电子导电细菌的功能。15年前，合著者，麻省大学阿默斯特分校微生物学家Derek Lovley和他的同事发现，一种名为Geobacter的细菌将电子从有机材料传递到金属基化合物(例如氧化铁)。从那时起，他和其他人就知道许多其他细菌会制造蛋白质纳米线，将电子转移到环境中的其他细菌或沉积物上。这种转移会产生很小的电流，研究人员尝试将其作为清洁能源加以利用，取得了不同的成功。
但是2年前，马萨诸塞州立大学的研究生刘晓萌注意到，有时孤立的纳米线会自发地产生电流。最初，他的顾问UMass电气工程师Yao Jun对此表示怀疑，但最终，他们发现，当将纳米线的薄膜夹在两个用作电极的金板之间时，如果将它们搁置一旁，他们可能会始终如一地通电至少20小时。设备可以自行充电。诀窍是使顶板小于底部，而使纳米线薄膜的一侧暴露于潮湿的空气中。
他们知道纳米线不可能从金板上拉出电子，因为使用碳制成的板(不是现成的电子源)也可以正常工作。研究人员排除了另一种可能性：蛋白质纳米线本身正在分解并使自己的电子自由。提出了第三个想法：有时光可以通过触发化学反应释放电子。但是，即使在黑暗中，纳米线的电流仍在流动。研究人员有一个最后的线索：将纳米线放在湿度较低的室内时，电流减小，表明水分是关键。
然后，他们将设备暴露在不同湿度下。研究小组今天在《自然》杂志上报道说，它在湿度约为45%的空气中效果最好，但在撒哈拉沙漠这样干燥的环境或像新奥尔良这样潮湿的环境中，效果最好。他们说，秘密在于，仅薄膜的上侧吸收水分，就会形成水分梯度，液滴不断扩散进入和扩散出顶部。液滴会分解成氢离子和氧离子，导致电荷在顶部附近累积。姚解释说，薄膜顶部和底部之间的电荷差异导致电子流动。
清华大学材料科学家屈良ti说，使用水蒸气是“一项革命性的技术，可直接从大气中的水分获取可再生，绿色和廉价的能源”。
但是以前尝试从湿气中获取能量的尝试(例如使用石墨烯或聚合物)仅在短时间内产生了少量电流。在新的设置中，纳米线之间的空间似乎有助于维持水分的梯度，使发电持续2个月或更长时间。因此，新的设置将持续数周而不是几秒钟，而且其功率输出是先前设备的100倍以上。
而且，由于姚明称之为“电极和纳米线设备”的“空气发电”不需要外部电源，因此它可以用在比太阳能电池板或风力涡轮机更多的地方。郭说，如果可以扩大规模，它就显示出“实际应用的巨大潜力”。
罗夫利(Lovley)提出了一种方法。越来越多地杆菌收获纳米线是困难的，所以Lovley已经基因工程的易于生长细菌大肠杆菌产生的纳米线。该大肠杆菌产生相同直径的纳米线，并用相同的传导功率为地杆菌的，他和他的同事们在2019年11月预印本发布到bioRxiv报道。
密歇根州立大学的微生物学家吉玛·雷格拉(Gemma Reguera)说，但是纳米线的现成来源可能还不够，他利用大肠杆菌来制造作为蛋白质纳米线组成部分的肽。目前，该设备依赖于Geobacter的纳米线。她说，由于从Geobacter上剪下纳米线会产生不同成分的金属线，因此，当Yao和Lovley尝试使用其空气发生器时，“并不清楚它们在探测什么”。(Lovley认为他们确实知道电线是由什么制成的。)
