木基能源材料构建及应用

Construction and Application of Wood-based Energy Materials

摘要

化石能源的过度消耗造成全球能源与环境危机，促使绿色可再生能源材料的开发成为研究热点。木材由于其多尺度结构可设计性以及可再生性，在多种环境能源收集与转换领域中具有很大的应用潜力。为此，对木基能源材料的功能构建和应用进展进行系统整合，从光热、水能、机械能和热辐射等多类型自然能源利用的机理、结构调控策略、关键性能特征入手，归纳出不同应用场景下材料的设计思路。经过对多元能量耦合机制、界面调控途径以及跨尺度结构构建方法的归纳，揭示了木基材料完成多能转换的内在优势。在此基础上，对木基能源材料在分布式供能、水资源利用、环境热管理和电信号处理等方面的应用潜力进行讨论。最后提出木基能源材料未来在结构耐久性、功能集成度和规模化制造等方面的关键发展方向，为木基能源材料在绿色能源体系中的进一步应用提供参考。

Abstract

The excessive consumption of fossil fuels has precipitated a global energy and environmental crisis， propelling the development of green renewable energy materials into a research hotspot. Wood， owing to its multiscale structural designability and renewability， holds significant application potential across various environmental energy harvesting and conversion domains. This paper systematically integrates the functional development and application progress of wood-based energy materials. By examining the mechanisms， structural regulation strategies， and key performance characteristics for harnessing diverse natural energies—including solar thermal， hydropower， mechanical energy， and thermal radiation—it outlines material design approaches for different application scenarios. Through summarizing multi-energy coupling mechanisms， interfacial regulation pathways， and cross-scale structural construction methods， the paper identifies the inherent advantages of wood-based materials in achieving multi-energy conversion. Building upon this foundation， the paper explores the application potential of wood-based energy materials in distributed energy supply， water resource utilization， environmental thermal management， and electrical signal processing. The review concludes by proposing key future development directions for wood-based energy materials， including structural durability， functional integration， and scalable manufacturing， providing guidance for their further application within green energy systems.

Graphical abstract

关键词

木基材料 / 功能构建 / 表界面 / 能源应用 / 多能源转换

Key words

Wood-based materials / functional construction / surface interfaces / energy applications / multi-energy conversion

0 引言

自人类文明起源以来，木材的应用始终标志着人类文明的进步，从钻木取火的远古时代，到各类工具与建筑的创造阶段，木材是必不可少的^［1］。在当今时代，木材的应用依然在生产生活^［2-3］、生态建设^［4-6］等领域发挥着不可替代的作用。木材是一种丰富多样的自然资源，地球上有超过3万亿棵成熟的树木，每公顷森林每年可固碳数吨，通过光合作用持续调节地球碳循环^［7］。其不仅是当代生态系统的重要支撑，更以可再生特性成为未来可持续发展社会不可或缺的基础材料之一。

随着生态环境的变化和不可再生资源短缺的加剧，开发绿色、可持续发展的新型能源至关重要。在国家“双碳”战略与“十四五”规划国家生物经济发展规划中提出的木材产业升级背景下，木材发展近年来愈发受到关注^［8］。木材具有产量丰富、可再生以及可持续发展等特性，因此，木材改性技术在能源收集、转化与热管理方面的潜力愈加被重视。

近年来，木材改性技术的研究取得了显著的进展，在资源收集领域，产生了许多新的应用。依托木材的独特吸湿性质，研究者们设计出高效的太阳能蒸发装置，用于海水淡化和淡水收集^［9-12］。此外，木材内部毛细结构的特性使蒸发供能与摩擦起电效应相结合，为能量收集提供了一种新的途径^［13-18］。在表面红外辐射性能的改良之后，木材还在辐射制冷系统中同样表现出显著的运作效果^［19-21］等。这些技术不仅为水资源处理和能源转换提供了新的解决方案，而且也给全球能源利用效率的提升和环境保护提供了创新思路。

木材在能源收集领域的应用研究取得了诸多突破，但目前缺乏对这些技术进行系统的综述。因此，针对木基功能构建在能源收集领域中的多样化应用进行综合性总结，如图1所示，不仅能够为相关领域的研究提供理论支持，也可以为推动绿色可持续发展提供实践依据。

1 木基多能源转化基本原理

1.1 木基界面蒸发机理

基于木材的太阳能驱动界面蒸发系统通常由2部分组成，顶层为光热转化材料，木材作为底层支撑光热材料。木质底层由大量微纳米通道组成，这些通道通过毛细管力泵送水，如图2（a）所示。在光照射下，除了少数部分被散射外，大部分使用光热材料转化为热量。此外，粗糙的蒸发器表面减少了光散射，从而促进了光吸收^［22-23］。由于木材的热传导率极低，蒸发器表面产生的热量不会散失到散装水中，进而促进了木基表界面的高效蒸发。同时，材料设计和热结构最大限度地减少了传导、对流和辐射引起的热量损失^［24］。

顶层的光热转化能力是影响木质蒸发器蒸发效率的关键因素之一，更高的光热转化率促进了更多的水蒸汽产生^［25］。然而，由于有色木质素的固有特性，天然木材的光热转化能力远低于其他光热材料^［26］。近年来，相关学者在提高木材光热界面转化能力方向进行了大量研究，包括通过金属有机框架、半导体材料以及碳基纳米材料等方式。这些光热界面响应机制可以分为等离子体局部加热、电子-空穴产生和弛豫以及分子热振动3类^［27］。

金属离子属于一类典型的无机材料，其光热转换能力源于电磁辐射吸收引起的局部表面等离子体共振效应^［28］，如图2（b）所示。当入射光照射到金属离子或金属纳米结构时，表面自由电子会发生振荡，将电子从占据态激发到未占据态，产生热电子，从而大幅提高光能的捕获和转化效率。该机制不仅使金属离子具备优异的光-热转化性能，同时也为其在太阳能蒸发、光催化及传感领域的应用奠定了基础。

半导体光热界面的光吸收及转化性能受半导体的带隙大小影响。带隙越小，半导体光热界面的光子捕获效率就越高，其光热转换能力就越强。当入射光遇到窄带隙半导体时，光子的能量会导致产生高于带隙的电子-空穴对^［29］，如图2（c）所示。这些电子-空穴对可以弛豫到导带和价带的带边，并将多余的能量转化为热量。

碳基光热界面有高太阳能吸收率和高度可调的结构，其光热转换机制为分子热振动。当光子能量和分子中的电子跃迁能量相匹配时，就会引起电子的激发，如图2（d）所示（e^-代表电子；h_v代表入射光子能量；π代表光热材料电子结构对应π键中的电子所处的能量态；π*表示反键分子轨道）。激发态电子把能量传递给整个原子晶格，再经由晶格振动转变成热能。与金属纳米材料相比，碳基材料更易于制造、成本效益高且丰富^［30］。常用的碳基吸收材料包括石墨、石墨烯、氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、碳纳米管、活性炭、炭黑和碳化有机聚合物等^［31］。通过对这些碳基材料进行维度调控以及表面官能化改性，可以进一步扩大碳基材料的光谱吸收范围、提高光热转化效率，给可持续能源转化和环境应用提供丰富的材料体系。

1.2 木基水能转化发电机理

自然环境中蒸发无时无刻不在发生，利用水蒸发进行发电是一种很有前途的方法。在蒸发过程中，水与固体带电表面的直接相互作用，利用水伏效应驱动特定离子的迁移并产生电能^［32］，这是水能转化发电的机制。

1853年，Helmholtz^［33］提出了双电层（electricity double layer，EDL）理论。该理论认为，固体表面带有一定电性，液体中电性相反的离子会牢固地吸附在固体表面形成Stern层，同时还存在被表面电荷吸引、富含反离子的扩散层；这2层在德拜长度范围内构成双电层，进而形成强电场并产生电势，如图3（a）所示。1859年，Ceriotti等^［34］首次观察到水与固体发生直接作用时会产生电流：当电解质在压力差驱动下流过细小通道时，其中一种离子会被吸附，另一种则形成相对自由的离子流，进而产生电压，这一现象被称作流动势，如图3（b）所示。在水与固体的界面作用中，固体材料本身的特性对反应过程有着关键作用。由于纳米材料对外部刺激较为敏感^［35］，这种特性有助于提升水能转换的效率。因此，利用纳米材料实现水中能量的转化，能够有效提高电动力学转换效率。

基于上述理论，从微观视角拓展水能资源的利用思路，可获得更丰富的水能转换形式，从而实现对水中潜在能量的高效收集。对于天然木材而言，其具有丰富的各向异性三维连续微通道，在蒸发的过程中，流体在毛细管道运动时，可以产生上述的双电层以及流动电势，从而输出电能。此外，木材还具有丰富的羟基、羧基和酚类等极性基团，可以加速流体中离子的快速传输，从而产生更大的电势^［36］。

1.3 木基动能转化发电机理

摩擦电纳米发电机（triboelectric nanogenerator，TENG）是先进电子和可穿戴传感系统中新兴的能量转换设备，其迅速崛起提高了人们对高性能和多功能摩擦电材料的兴趣。TENG由麦克斯韦位移电流驱动，通过该电流，可以将周围不规则、低频、分布式的机械能转化为电能^［37］。以4种不同的模式运行，如图4（a）所示，即垂直接触分离模式、接触滑动模式、单电极模式和独立摩擦电层模式。

摩擦电材料产生的表面电荷密度反映了摩擦电性能。基于基本电子云相互作用的模型展示了纤维素摩擦电材料中特定的接触起电过程，如图4（b）所示（d为电子云之间的距离；E_A和E_B为电子材料A和B原子中所占的能级；E₁和E₂为电子从材料A和B表面逃逸所需的势能）k是玻尔兹曼常数；T是温度。当2种材料与外力接触时，电子云重叠形成离子键或共价键。此时，2种材料之间的势垒减小，电子从材料中逸出所需的最小势能小于电子占据的能级。因此，电子从一种材料的原子跃迁到另一种材料的原子^［38］。材料之间电子转移的程度和效率取决于摩擦电材料的“电荷亲和力”，即表面电位差的大小和方向，而摩擦电材料受多种因素的影响，例如介电特性、原子的电负性、获得或失去电子的能力、表面粗糙度和局部地形。

木材纤维的摩擦电效应主要是由于其细胞壁中含有大量的纤维素组分，纤维素分子之间由于羟基之间的强氢键相互作用而具有高度有序的晶体结构，同时多羟基基团上的氧原子孤对电子使得纤维素具有很强的电子供体特性，因此木材纤维具有良好的摩擦电性能^［39］。

1.4 木基热能转化辐射制冷机理

基于经典热力学理论，一切温度高于绝对零度的物体都会以电磁波的形式自发地向外发射能量^［40］。外太空的背景温度接近绝对零度，可以将其看作是理想的低温环境，在此基础上通过热辐射的方式实现物体与外太空之间的近似单向热量传递，进而达到降温的目的，这是天空辐射制冷技术的基本理论基础。

地球大气层包含各种成分，如N₂、O₂、稀有气体、CO₂、水蒸气和其他物质，每种气体成分都吸收特定波长范围内的电磁辐射，起着半透明扩散器的作用^［41］。通过对气体质量浓度以及温度分布规律进行系统研究，可以确定天空辐射的主要波段范围在中红外到远红外波段（2.5~50 μm），而8~13 μm波段由于衰减小而被称为“大气窗口”，是地表热量向太空传递的重要通道。“大气窗口”对维持全球气候系统的热平衡有着重要作用，在此波长范围内，大气具有很高的透明度。因此，地球上的物体可以通过“大气透明窗口”向寒冷的宇宙辐射热量，以保持自身冷却^［42］。

当辐射制冷器放置在户外时，其能量交换状态见图5。辐射体向外辐射的功率为P_{\mathrm{r}\mathrm{a}\mathrm{d}}，受到的大气辐射功率为P_{\mathrm{a}\mathrm{i}\mathrm{r}}，受到的太阳辐射功率为P_{\mathrm{s}\mathrm{u}\mathrm{n}}，以及其他非辐射传热，包括热对流和热传递，造成的冷却损耗为P_{\mathrm{l}\mathrm{o}\mathrm{s}\mathrm{s}}，则根据能量守恒定律，当表面积为A的辐射冷却器面向外界环境时，此时P_{\mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{o}\mathrm{l}\mathrm{i}\mathrm{n}\mathrm{g}}可表达为^［43］

P_{\mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{o}\mathrm{l}\mathrm{i}\mathrm{n}\mathrm{g}}=P_{\mathrm{r}\mathrm{a}\mathrm{d}}-P_{\mathrm{a}\mathrm{i}\mathrm{r}}-P_{\mathrm{s}\mathrm{u}\mathrm{n}}-P_{\mathrm{l}\mathrm{o}\mathrm{s}\mathrm{s}}。（1）

上述方程式中的其他参数由以下公式表示

P_{\mathrm{r}\mathrm{a}\mathrm{d}}=A{\int }_{\mathrm{0}}^{\mathrm{2}\mathrm{\pi }}\mathrm{d}\Omega \mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s}\theta {\int }_{\mathrm{0}}^{\mathrm{\infty }}\mathrm{d}\lambda I_{\mathrm{B}}(T,\lambda )\epsilon (\lambda ,\theta )。（2）

式中：A为辐射冷却器工作的表面积；T为辐射冷却器的温度；{\int }_{\mathrm{0}}^{\mathrm{2}\mathrm{\pi }}\mathrm{d}\Omega =\mathrm{2}\mathrm{\pi }{\int }_{\mathrm{0}}^{\pi /\mathrm{2}}d\theta sin\theta为半球上的角积分；\Omega为立体角；I_{\mathrm{B}}(T,\lambda )=(\mathrm{2}h{c}^{\mathrm{2}}/{\lambda }^{\mathrm{5}})\left[(\mathrm{1}/\mathrm{e}\mathrm{x}\mathrm{p}(hc/\lambda K_{\mathrm{B}}T)-\mathrm{1})\right]为在温度为T时的黑体表面的光谱辐射度，h为普朗克常数，K_B为玻尔兹曼常数，c为光速；λ为波长；\epsilon (\lambda ,\theta )为辐射冷却器在λ波长处表面的方向发射率。

P_{\mathrm{a}\mathrm{i}\mathrm{r}}=A{\int }_{\mathrm{0}}^{\mathrm{2}\mathrm{\pi }}\mathrm{d}\Omega \mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s}\theta {\int }_{\mathrm{0}}^{\mathrm{\infty }}\mathrm{d}\lambda I_{\mathrm{B}}(T_{\mathrm{a}\mathrm{m}\mathrm{b}},\lambda )\epsilon (\lambda ,\theta ){\epsilon }_{\mathrm{a}\mathrm{t}\mathrm{m}}(\lambda ,\theta )。（3）

式中：T_amb为环境温度；{\epsilon }_{\mathrm{a}\mathrm{t}\mathrm{m}}(\lambda ,\theta )=\mathrm{1}-t{(\lambda )}^{\mathrm{1}/\mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s}\theta }为根据基尔霍夫定律任一顶点角θ的大气发射率，也等于大气吸收率，t（λ）为天顶角方向的大气透射率，天顶角是入射光线与地面法线（天顶方向）的夹角。

P_{\mathrm{s}\mathrm{u}\mathrm{n}}=A{\int }_{\mathrm{0}}^{\infty }d\lambda \epsilon (\lambda ,{\theta }_{sun})I_{\mathrm{A}\mathrm{M}\mathrm{1.5}}(\lambda )。（4）

式中，I_{\mathrm{A}\mathrm{M}\mathrm{1.5}}(\lambda )是指大气质量为1.5，太阳直射地球表面时，太阳辐射在地球大气层上的平均光谱能量密度，也是可见光强度的指标，测试时假定辐射冷却器的结构以恒定的角度θ面对太阳。

P_{\mathrm{l}\mathrm{o}\mathrm{s}\mathrm{s}}=A{h}_{\mathrm{c}}(T_{\mathrm{a}\mathrm{m}\mathrm{b}}-T)。（5）

式中，h_c为热传导与对流对辐射冷却器造成的加热影响，其通常与环境风速相关。

在日间工作，因为太阳辐射导致换热面温度上升，为了能够达到高效的散热效果，需要选用反射率高的材料，其反射系数一般要大于0.9。为了提高辐射制冷效果，“大气窗口”波段内的材料发射率也需要处于较高的水平。

木基辐射制冷的机理主要依靠是多孔纤维结构、表面化学特性对热辐射过程的协同调控。一方面，木材天然的多尺度孔隙和纤维网络为光的多重散射提供了结构基础；另一方面，木材经脱木质素处理后，其表面化学特性由纤维素所暴露出的分子官能团及其振动模式决定。纤维素分子链上暴露出来的羟基、C—H、C—O及C—O—C等官能团在热激发下产生特征分子振动，并在中红外波段（约9 μm，对应1 050 cm^-1）产生强烈的发射，这些振动模式恰好与大气窗口匹配，使得木材可以有效地释放热辐射。

在此基础上，通过对木材进行结构设计或表面改性，可进一步提升其光谱选择性，从而提高辐射制冷性能。典型构筑策略包括化学脱木质素，去除天然木材中的吸光组分并暴露纤维素发射官能团，从根本上提高太阳光反射率和红外发射能力；机械致密化处理，构建高度无序、介观尺度的纤维素散射结构，实现近乎全方向的太阳光强散射，获得高反射与明亮外观；引入纳米级粗糙结构或功能性涂层，进一步增大太阳光反射路径、优化中红外辐射效率。通过“高太阳反射+高红外发射”的光谱调控与结构工程的协同，该类木基材料可在白天也能达到低于环境温度的持续被动冷却。

2 木基能源材料的环境能源转化功能构建

木基功能构建是实现绿色能源收集与高效利用的重要途径，木材多孔结构、优异的可加工性和天然可持续性为多种能量转化机制提供了独特的材料基础。目前的研究主要集中在3个方面。第一，木基能源材料的光热转化功能构建，通过构建光热界面和界面结构调控的方式，使木材能够实现光—热、光—电等多种能量转化；第二，木基能源材料的摩擦机械能转化功能构建，利用木材的力学响应特性以及与功能材料的复合，实现摩擦电、压电和振动能收集等动能转化方式；第三，木基能源材料的冷却降温功能构建，借助木材各向异性的热传导特性和多孔网络结构，结合辐射调控策略，实现环境热能的收集与高效管理。这3方面功能的构建既体现了木材在清洁能源利用中的巨大潜力，又给多能耦合与综合利用提供了新的材料和设计思路。

2.1 木基能源材料的光热转化功能构建

2.1.1 木基能源材料光热驱动界面蒸发研究

木基太阳能驱动界面蒸发作为近年来光热水处理与清洁能源利用领域的重要研究方向，因其绿色可再生、结构多样和环境友好的特性而受到广泛关注。天然木材具有独特的各向异性多孔结构，在光热界面蒸发过程中可以同时实现高效的光吸收、水输运和热管理。通过表面改性、碳化处理与光热功能材料复合等策略，木材不仅表现出优异的太阳能吸收能力，还可以提升蒸发速率和能量利用效率。现有的研究主要集中于利用结构设计、盐管理方面，以实现高效、稳定的蒸发性能。

蒸发器的光热界面转化设计常见的类型有金属有机框架、半导体材料以及碳基纳米材料3种。Zhu等^［44］开发了一种铜基金属有机框架修饰的木质基底太阳能蒸发器，如图6（a）所示。通过NaOH溶液处理木材，使其表面羟基化并引入Na⁺，然后使用CuSO₄溶液置换出Cu²⁺，再与有机配体2，3，6，7，10，11-六羟基三苯（Hexa Hydroxy Triphenylene，HHTP）反应，使铜基金属有机框架原位生长在木材上下表面。顶部黑色光热界面层可以实现96.7%的宽带光吸收，木基质的微通道结构保障水的持续运输，低导热性减少热损失，同时底部铜基金属有机框架层因超疏油特性（水下油接触角为152°）具备抗油污能力。性能测试表明，当木材厚度优化为10 mm时，木质基底太阳能蒸发器的导热率最低，在1个太阳光强度下蒸发速率达1.80 kg/（m²·h），优于天然木材（0.81 kg/（m²·h））以及多数同类型蒸发器。同时，该蒸发器可高效净化海水、含油污水（蒸发速率仅下降3.3%）、染料污水（亚甲基蓝、甲基橙和罗丹明B）和重金属污水（Cu²⁺、Cd²⁺）等多种水源。净化后水质中染料的质量浓度降至3 mg/L以及Cu²⁺和Cd²⁺的离子浓度均低于1 mg/L，符合饮用水标准。该研究为太阳能蒸发器的光热界面设计提供了思路，其高效性、稳定性及多功能性在海水淡化、污水处理等领域展现出应用前景。

Song等^［45］设计出一种半导体光热界面Fe₃O₄/PVA装饰的脱木质素木材蒸发器应用于海水淡化方面，PVA（Polyvinyl alcohol）为聚乙烯醇，如图6（b）所示。该蒸发器采用双层结构，上层为疏水的Fe₃O₄/PVA涂层，为太阳能吸收层；下层为超亲水的脱木质素木材，可用于连续水输送。其中，Fe₃O₄是属于窄带隙（0.8 eV）半导体，可以实现宽光谱吸收；PVA可以增加光热界面与木材之间的亲和力。该蒸发器在1个太阳光照下，蒸发速率为1.30 kg/（m²·h），太阳能热转换效率为73%。

上述研究通过引入光热材料，有效提高了木材表面的光热转换性能。然而，要实现蒸发效率的进一步突破，仅依靠材料本身的优化仍显不足，关键在于对蒸发器整体结构进行创新设计，从而更精准地调控热量的产生与分布。基于此思路，研究人员开始从自然界中获取更多的灵感，致力于构建能够限制热量流失的微观结构。Yu等^［46］受树木蒸腾作用启发，通过在木材横截面上构建微叶状石墨烯（holly leaf graphene，HLG）界面，提高木材的太阳光吸收和热转换能力，开发出一种HLG改性的木材（HLG/Wood）蒸发器，如图6（c）所示。通过将HLG装成互锁排列，HLG/Wood蒸发器可以通过其多孔结构表面吸收阳光，在1个太阳光照下，蒸发速率达1.96 kg/（m²·h），效率为94.2%，热导率低至0.074 W/（m·K），比平面膜和天然木材要高。微结构石墨烯通过增加石墨烯—空气界面，使更多的热传递发生，最大限度地减少了耗散到膜表面下的散装水的能量，从而提高了能源效率。

尽管在太阳能蒸发海水淡化的研究过程中，为提高光热蒸发效率设计新的光热材料及其结构方面已经做了大量工作，但由于缺乏实际应用的长期运行稳定性，该技术仍无法大规模实施。太阳能界面蒸发材料处理海水时，蒸发表面的水分迅速流失导致蒸发表面的盐浓度和蒸发器结构中的盐度梯度增加，大量的盐会积聚在蒸发表面，同时堵塞木材蒸发器中的水传递路径并降低蒸发速率^［47］。为了进一步解决盐分沉淀问题，近年来探索蒸发器的耐盐或自清洁能力的研究也相应变多。

具有双峰多孔结构的木质基质可以通过增加与散装水的盐交换，从而抑制盐的积累^［48］。例如，Kuang等^［49］在天然木材中构建出毫米级钻孔通道与微米级天然木通道的阵列结构，并对表面进行碳化处理，设计了一种自再生太阳能蒸发器，可以实现高效连续海水淡化，如图7（a）所示。在太阳能海水淡化过程中，随着水迅速蒸发，钻孔通道中的盐质量分数将远低于木材通道中的盐质量分数，从而造成面内质量分数梯度。质量分数梯度使得钻孔通道和木材通道之间通过通道壁上的凹坑自发地进行盐交换。钻孔通道和散装溶液之间更快的盐交换允许钻孔通道中增加的盐质量分数转移回散装溶液，从而避免形成盐晶体。该蒸发器在1个太阳光照下，在20% NaCl高质量分数溶液中蒸发效率达到75%，远高于同类设计（传统蒸发器效率仅22.1%），并可连续稳定运行超100 h。其抗污染能力突出，在含脂肪酸污染物的溶液中仍能通过质量分数梯度机制实现污染物稀释，且产水水质达到世界卫生组织（WHO）饮用水标准。这种结构突破了传统蒸发器因盐分积累导致效率衰减的瓶颈，为高盐度水源的太阳能淡化提供了兼具高效性与经济性的解决方案。

通过表面结构改良以及化学改性技术，可以有效地抑制盐分富集的情况出现^［27］。Jang等^［50］研发了一款以木质材料为基底的太阳能蒸发装置，表面经过激光处理之后形成石墨化的碳层，而且构建了带有微纳结构的网状阵列，如图7（b）所示。该结构增大了蒸发器的表面积，提高了光吸收能力；同时，由于毛细管力的作用，凹槽可以一直保持水的饱和状态，有效地抑制了使用过程中盐质量分数的升高。另外，在黑暗的环境下，凹槽内的水也可以溶解盐分，使蒸发器具有自我再生的能力。试验表明，经过质量分数为20%的NaCl溶液连续运行2周后，蒸发器表面没有盐分沉积现象，具有很好的抗盐性能。

2.1.2 木基能源材料光热蒸发驱动水能转化发电研究

木基光热蒸发所涉及的界面局域升温、毛细驱动的持续蒸发，以及微通道中水分与离子的定向迁移，不仅决定了蒸发效率，也为进一步的能量转换奠定了物理基础。正是这些在光热蒸发过程中本就存在的能质转化行为，构成了木基蒸发发电的核心驱动力。蒸发发电依托蒸发所诱导的水流、电荷再分布及离子输运，通过木材微通道内双电层调控、表面电荷差异乃至沿程离子浓度梯度，实现稳定电势的建立与输出。用于太阳能驱动水能转换系统的天然生物材料（如醋酸纤维素^［51］、纸张等^［52］）的微通道错综复杂，不利于流体动力学，因此导致电输出降低。近年来，木质结构中的多尺度物质传输，特别是蒸腾诱导离子传输行为引起了人们的广泛关注^［53］。植物木质部中存在大量的营养物质运输通道，受天然木材的启发，Zhou等^［54］通过柠檬酸改性增强木材微通道zeta电位与亲水性，以涂覆导电碳浆的聚对苯二甲酸乙二醇酯（Polyethylene terephthalate，PET）网为电极，成功制备出可从水蒸发中收获直流电的纳米发电机，如图8（a）所示。木材主要由富含羟基的纤维素和木质素组成，当水在蒸发的驱动下平稳流过微通道时，木材微通道内表面羟基水解带负电，水蒸发驱动水流经微通道时携带正电荷形成电位差从而产生直流电。理论计算表明，减小孔径和管长可以提高输出功率，而过小的孔径会带来流动阻力的显著增加，从而抑制水流，甚至使水流消失，山毛榉木的最高电输出功率归功于最佳的孔径。该研究以天然木材替代传统多孔材料，利用其低流体阻力的微通道结构提升电流输出，且制备工艺简单、成本低、易规模化，单设备实现300 mV开路电压和10 μA短路电流，较以往多数工作短路电流值提升1个数量级，5个设备串联可驱动计算器，24 h测试显示电流输出稳定。

为了促进离子在木材通道的传输效率，Lin等^［55］从木材中去除了木质素和半纤维素，以改善水与带负电荷的纤维素的相互作用，从而产生了0.77 V的最高电压和148 μA的短路电流。此外，Gao等^［56］将Fe₃O₄纳米颗粒植入木材中，以加强水电荷分离性能，获得了5.1 nW/cm²的功率和1.2 μA/cm²电流密度。为了提高木质蒸发发电机的功率，Han等^［57］受贻贝堆叠结构启发，通过静电纺丝自组装技术在木材表面构建了由不同质量分数石墨烯（9%、4.5%）和碳纳米管（7%、3.5%）组成的多层纳米纤维膜，形成含氧功能基团梯度分布的木基界面蒸发驱动纳米发电机，如图8（b）所示。该结构利用含氧功能基团梯度降低电荷转移电阻，提升离子电导率，促使水蒸发时离子沿梯度定向扩散，在微纳米通道内形成重叠双电层，通过离子流产生流电势与电流，最终实现11.2 mW/m²的功率密度，较传统木基蒸发发电机平均水平提升7.5倍。该工作突破了传统均匀界面设计，以生物启发的多层结构实现含氧功能基团梯度调控，结合木材衍生物资源与简单工艺优化了蒸发过程中的离子扩散。这种绿色、可持续、高功率密度的木基界面蒸发驱动纳米发电机在开发来自自然环境的自供能微型能量收集设备方面具有巨大的潜力。

电荷迁移率不足和固—水界面相互作用导致的低功率输出，使木基蒸发发电的潜力受到限制。因此，Wong等^［58］开发出基于二维纳米多孔聚吡咯还原氧化石墨烯纳米复合材料涂覆木材的水蒸发诱导发电机，如图8（c）所示。其通过脱木质素处理木材并涂覆复合材料，利用水蒸发时带负电的通道吸引阳离子迁移形成流电流，结合纳米多孔结构高蒸发速率、高电导率及高zeta电位实现高效发电，该设计将二维纳米多孔聚吡咯还原氧化石墨烯纳米复合材料与木材结合，突破传统木基蒸发发电机功率密度低的局限，在无光照下实现310 nW/cm²的最大功率密度和8.77 μA/cm²的电流密度，在太阳能照射下功率密度提升至7 502 nW/cm²，且经多次循环后性能稳定，集成系统可驱动商用电子设备，展现出优异的实际应用潜力。

2.2 木基能源材料的摩擦机械能转化功能构建

木材具有含量丰富的纤维素及高表面粗糙度，可以作为一种新的摩擦纳米发电材料，其具有可再生、生物相容和可生物降解等优点，比传统摩擦电层材料更具环保优势^［59-60］。Hao等^［61］研发了一种基于天然木材的摩擦纳米发电机，该发电机以天然木材为摩擦材料。其基于摩擦起电效应与静电感应效应的耦合作用，采用单电极模式，以天然新西兰松木和聚四氟乙烯作为摩擦层，当两者发生接触—分离运动时，界面产生摩擦带电，铜电极因静电感应产生电荷流动，形成交变电流。在50 MΩ电阻下，最大输出功率密度可达158.2 mW/m²；经过500次循环后性能仍保持稳定，能驱动至少42个商用LED灯，展现出良好的能量转化效率和稳定性。该工作证明了木材可以作为一种优异的摩擦纳米发电材料，同时展现了利用天然资源进行能量收集领域的巨大潜力。

天然木材的弱极化性限制了其产生表面电荷的能力，导致摩擦电效应可以忽略不计^［62］。因此，为了开发出高效的木基摩擦纳米发电机，需要对天然木材进行改性处理。Luo等^［63］通过简单的两步处理法（去除木质素/半纤维素、热压），开发出了一种柔性且耐用的木质摩擦纳米发电机。该团队通过NaOH/Na₂SO₃溶液煮沸去除木材中大量的木质素和半纤维素，使木材结构从开放网格状细胞腔演变为皱缩、多孔的形态，再经热压后得到柔性木材，处理改变了木材表面化学组成和结构，暴露出更多纤维素。Sun等^［64］提出了一种通过等离子体处理调控木材摩擦电极性的策略，如图9（a）所示，旨在解决高性能摩擦纳米发电机大规模可持续制备的问题。核心工艺是使用2种不同的等离子体对木材进行干法、可规模化处理的表面改性：O₂等离子体主要是通过物理刻蚀作用，在纳米尺度上显著增加木材表面粗糙度，以增大有效接触面积；C₄F₈+O₂混合等离子体则是通过化学接枝，在保留木材原有形貌的同时，引入具有极高电子亲和力的氟碳基团。该方法的机理在于通过上述物理与化学改性，分别赋予木材截然不同的摩擦电极性：O₂处理使木材更容易失电子，而C₄F₈+O₂处理则使木材强烈吸电子。当两者配对形成摩擦电对时，基于接触起电与静电感应的耦合作用，产生了显著的电荷分离与转移，从而实现了远超天然木材的电能输出。这项工作通过清晰的工艺-机理-性能关联，为开发新一代自供能建筑材料开辟了可持续路径。

为了提高木基摩擦纳米发电机的摩擦电性能和光学性能，Cheng等^［65］报道了一种集高透明度、木材美学与优异摩擦电性能于一体的透明发电机，如图9（b）所示。其构筑策略在于对天然木材进行分步改性：首先，通过化学脱木素处理选择性移除光吸收性木质素，不仅显著提升木材孔隙率与纤维可及度，更关键的是消除了其抗静电特性；随后，再利用真空浸渍将紫外光固化树脂填充至木材多孔结构中，该树脂不仅与纤维素折射率匹配，光透过率高达88.8%，并且提高了材料的电子供给能力。该透明发电机提高摩擦电性能源于2个方面：在物理上，脱木素和树脂填充共同调控了表面微观形貌与粗糙度，增大了有效接触面积；在化学上，树脂中引入的强给电子基团与木材中纤维素/半纤维素的羟基协同作用，使材料在摩擦电序列中显著偏向正电性，从而在与负电性材料（如氟化乙烯丙烯共聚物（Fluorinated ethylene propylene，FEP）、聚二甲基硅氧烷（Polydimethylsiloxane，PDMS））接触分离时产生更强的电荷转移。基于此，该工作实现了131 V的开路电压，并展现出在智能传感、自供能装饰及人机交互等领域的广阔应用前景。

为了实现多能源耦合利用，Shi等^［66］提出了一种利用木材本身的天然木质素构建超疏水、摩擦负电材料的策略，成功开发出了用于雨滴驱动发电的木基液-固摩擦纳米发电机，如图9（c）所示。通过对选择性的水解天然木材中的半纤维素并促使木质素溶解、迁移，然后在木材表面原位再生、簇集为纳米颗粒，最后经过冻干与温和热处理形成稳定的超疏水表面。该构筑策略巧妙实现了木质素从体相到表面的空间重分布，而非将其去除。通过表面再生的木质素颗粒构建了微纳分级粗糙结构，确保了水滴的快速撞击—分离，从而实现了高效的电荷转移与积累，避免了亲水表面电荷耗散。同时，富集于表面的木质素其芳香环结构富含π电子，可以引入额外的低能未占据电子态，而极性酚羟基则增强了表面的电子吸引能力，二者协同使材料在摩擦电序列中显著偏向负电性，从而在与带正电的水滴接触时表现出强烈的电子获取倾向。因此，该木质材料输出电压和电流较未处理木材分别提高了7.5倍和6倍，并兼具自清洁与抗霉变特性，为可持续的户外雨能收集技术开辟了新途径。

2.3 木基能源材料的冷却降温功能构建

热管理技术逐渐渗透到人类生活的各个方面，起着不可替代的作用。随着全球工业化、人口增长和气候变暖的迅速发展，对制冷的需求进一步增大，这会加重传统蒸汽压缩制冷系统产生的高碳排放和能源消耗的环境问题^［67-68］。到2050年，传统冷却系统的直接排放量预计将达到等效碳排放量的45%^［69］，严重阻碍了全球脱碳。为了解决上述问题，需要开发节能、环保和高性能的冷却策略以取代传统方式。被动辐射冷却已成为一种备受关注的技术，其利用超冷（3 K）空间作为冷源，并通过“大气窗口”将物体的多余热量排放到太空中，从而达到零能耗的冷却^［70-72］。木材因其天然的红外发射波段，从而成为高效辐射制冷的基底材料之一。

2.3.1 木基能源材料非自适应辐射制冷研究

Li等^［73］开发了一种多功能被动辐射冷却木材，通过完全脱木质素和致密化工艺制成，如图10（a）所示。其机械强度为404.3 MPa，是天然木材的8倍多，纤维素纳米纤维可以散射太阳辐射，中红外波段强烈发射，实现昼夜持续亚环境冷却。试验结果表明，该冷却木材在亚利桑那州测试中，夜间和白天冷却功率分别为63 W/m²和16 W/m²，平均温差夜间超过9 ℃、白天超过4 ℃，且抗拉强度、韧性分别是天然木材的8.7倍和10.1倍，强度超过多种金属。能源模型显示，其在新旧中层公寓中平均可节省20%~60%冷却能耗，在炎热干燥气候下效果最显著，同时兼具规模化生产、可持续性等优点，可以作为建筑结构材料，有望减少建筑能耗和碳排放。

Chen等^［74］开发了一种基于木质纤维素的混合结构辐射制冷器，可实现高效昼夜辐射冷却，如图10（b）所示。其主要原料为低成本生物质纤维素纤维，采用机械化学策略，在脱木质素纤维素表面生长SiO₂微球，经自组装和热压制成，形成稳定的3D网络结构。其机械性能优异，弯曲强度和韧性分别是纯木纤维体的8.6倍和10倍，强度超过不锈钢、铝合金等多数结构材料。光学性能上，该材料能反射约94%的太阳辐射，在8~13 μm大气窗口红外发射率超90%，平均冷却功率可达52 W/m²，可实现白天约6 ℃、夜间约8 ℃的环境降温。此外，该辐射制冷器还具有防水、防火、防霉等性能，弥补了传统木材的不足，为建筑节能和可持续发展提供了一种新的高效辐射冷却结构材料选择。

为了扩大木质基辐射冷却材料的性能和适用性，相关学者在结构设计和光谱调控方面进行了多维度探索。后续的研究逐渐转向通过仿生结构构筑与界面组分调控来实现更高效的能量管理与环境适应性。在此背景下，Cai等^［75］基于撒哈拉银蚁生物仿生理念，对木材的光谱响应与力学稳定性进行了协同优化，进一步突破了传统脱木质素木材在紫外耐受性与长期使用稳定性方面的瓶颈，研发出一种具有出色环境适应性的新冷却木材，如图10（c）所示。通过在脱木质素木材上组装Mica@TiO₂光子结构，其太阳能反射率达到95.8%、红外发射率为95%以及47 MPa的机械强度。该独特结构可以防止阳光直射下木材C—O—C骨架的断裂，在720 h紫外线暴露后，日间冷却效率仍能保持4.5 ℃。制备过程包括脱木质素、H₂O₂氧化、TiO₂液浸渍及热压，形成的有序结构能高效散射阳光并发射热辐射。测试结果表明，该冷却木材在白天可实现5.5 ℃降温，优于脱木质素木材；户外暴露240 d性能稳定，太阳能反射率只略有下降。建筑节能模拟显示，其在中国的应用平均可节省41%的冷却能耗，为耐用日间辐射冷却材料的发展及节能建筑提供新思路。

2.3.2 木基能源材料自适应辐射制冷研究

高效辐射制冷器在炎热的夏季是可取的，但在过渡季节和寒冷的冬季是不可行的，因为冷却功能单一，会产生过多的冷却能力，增加供暖负荷和能源浪费^［76］。因此，具有环境自适应热调节功能的智能辐射冷却器最近受到广泛关注。其可以在热环境中提供冷却能力，在冷环境中防止过冷甚至提供加热能力，本质上是具有与环境相关光谱和热调制响应的材料或结构。

自适应辐射制冷器允许基于其对环境（温度、光和湿度）的感知进行快速的光谱和热调节，而无需任何外部能量输入和传感器。最常见的情况是温度响应自适应辐射制冷器，由热变色材料或热诱导可重构结构组成。热变色材料包括热变色微胶囊^［77-78］、二氧化钒^［79-80］、水凝胶^［81-82］和钙钛矿^［83-85］等，能够实现温度响应的光谱和热调制，这些材料利用不同的机制来实现调制，因此以前一直受到关注和研究。

通常，热变色微胶囊通过构建和分解显色剂-显影剂化合物来调节光学性能^［86］。具体来说，热变色微胶囊由外壳和核心材料组成，其中核心材料包含显色剂、显影剂和溶剂。显色剂是电子供体，显影剂则是电子受体。溶剂的熔点决定了微胶囊的变色温度。由于环境温度低于溶剂的熔点，由于显色剂-显影剂化合物的结构，微胶囊被着色。而微胶囊在高于熔点的温度下由于显色剂显影剂化合物的分解而变得无色。Wang等^［78］设计了一种分级温度自适应辐射制冷器，由玫瑰红热变色微胶囊和多孔反射基底组成。随着环境温度从30 ℃升高到35 ℃，太阳反射率从72.71%增加到91.25%。

Shi等^［87］设计出一种具有珊瑚状分级结构的双模式多孔聚合物薄膜，可以实现全天候的自适应辐射冷却与加热，如图11（a）所示。该薄膜的构筑策略是相转化法。首先将聚偏氟乙烯（polyvinylidene fluoride，PVDF）溶于N，N-二甲基甲酰胺（N，N-dimethylformamide，DMF）中形成均匀溶液，刮涂成膜后用非溶剂（去离子水）诱导相分离，得到具有高孔隙率和珊瑚状微纳结构的多孔PVDF基底；随后，在其一侧进行聚多巴胺（polydopamine，PDA）亲水改性，并使用喷涂方式修饰MXene纳米片，构建出具有明显功能不对称性的双层结构。在机理方面，冷却侧依靠多孔PVDF的强太阳光反射（96.7%）与高红外发射率（96.1%）实现被动辐射冷却，白天和夜间分别可实现低于环境温度9.8 ℃和11.7 ℃的冷却效果；加热侧则借助MXene的低红外发射率（11.6%）和高太阳吸收率（75.7%）有效抑制辐射热损失并吸收太阳能，实现8.1 ℃的被动辐射升温，同时还具备高效的焦耳加热能力。该薄膜可以通过简单翻转切换冷却和加热模式，具备良好的机械稳定性、透气性与环境适应性，为应对动态气候条件下的智能热管理提供了一种可行的材料解决方案。

此外，通过结构的设计，也可以达到辐射制冷器的自适应调控。Sun等^［88］研究设计出一种受花生叶启发的全天自适应辐射冷却器，如图11（b）所示，其核心在于仿生开关层和隔热层的设计，可以实现白天高效冷却与夜间抑制过冷。全天自适应辐射冷却器为3层结构：开关层受花生叶昼夜开合启发，通过表面积的变化来调节冷却功率，白天因水分流失收缩以增强冷却，夜间因吸湿膨胀以抑制过冷；隔热层采用凸凹结构减少与外界热交换；辐射冷却层由聚丙烯腈纺层和脱木质素轻木组成，协同提供高太阳反射率和大气窗口波段高发射率。经实验显示，白天可实现6.6 ℃的亚环境冷却，优于被动冷却器；夜间可以比被动冷却器升温3.4 ℃，有效抑制过冷。

3 木基能源材料的多元场景应用

3.1 水资源净化收集应用

在木基能源材料应用于水蒸发集水领域，Bai等^［89］开发了一种多功能木质太阳能蒸发器，实现了高效海水淡化。如图12（a）所示，该蒸发器以轻木为基底，构建仿生阵列结构，集成聚吡咯和银纳米颗粒作为光热转换层，并引入金属有机框架调控水分子氢键网络，显著降低蒸发焓。其可高效处理海水、黄河水、湖泊水以及含油、染料污染废水等多种水源，1个太阳下蒸发率可达2.24 kg/（m²·h）（效率87.15%），产水含盐量、有机物含量均符合WHO饮用水标准，可直接饮用或用于农业灌溉。材料具有很好的抗污性，可以有效地防止盐沉积和油污附着，经过10次循环使用后仍能保持稳定的性能。户外10 h实测日产水量达19.43 kg/m²，满足分散式供水需求。该设计突破了传统蒸发器只能适用于特定场景的局限性，在复杂水质条件下依然能够保证稳定运行并且具有大规模应用的潜力，为分布式水能生产系统的开发提供了可行的材料选择方案，适用于偏远地区或者应急环境。

Sun等^［90］提出了一种以天然玉米秆为基材的高效、低成本太阳能海水淡化蒸发器，如图12（b）所示。核心的应用价值在于充分利用了玉米秆髓部独特的天然结构：内部散生的维管束提供了超强的毛细作用力，实现了超快输水（速度比木材快15倍）；而海绵状的多孔基本组织则构成了多层生物滤网，可以截留海盐离子实现自清洁，同时其本身也是巨大的储水腔室。该器件在1个太阳光照强度下可以获得2.48 kg/（m²·h）的高蒸发速率，并通过集成化设计，晴/阴天日产淡水量分别达4.3~5.8 kg/m²与3.0~3.9 kg/m²，水质达到饮用标准。这项工作不但为解决淡水短缺问题提供了一条绿色、廉价的可行技术路径，更是实现了农业废弃物的高值化资源利用，为减少秸秆焚烧带来的环境污染提供了双赢策略，具有明显的环境效益和经济效益。

在充分利用木基结构实现高效蒸发和盐分自清洁的基础上，后续研究进一步聚焦于如何在宏观尺度上优化光热与传质过程的协同作用，以达到高产率与结构稳定性的目的。为此，相关学者开始从仿生层级设计与界面能量耦合角度出发，探索多尺度结构一体化构筑策略，实现由单一材料利用转变为系统化的能量管理。这种设计思路一方面提高了光吸收与蒸汽传输的耦合效率，另一方面为可扩展、高性能的太阳能蒸发系统提供了新的构筑范式。Mi等^［91］提出了一种基于仿生层级集成结构的高产、绿色、可扩展太阳能蒸发器，其核心应用价值在于通过构建三维仿柴堆结构有效协同了光热转换与水蒸气逃逸，实现了高效、稳定的淡水生产。该蒸发器以木材为基底，通过湿度调控电纺技术在其表面组装了高度定向的纳米纤维束，形成了兼具仿蝴蝶鳞片光捕获和仿柴堆立体对流特性的复合结构。此设计使蒸发器在1个太阳光强下实现了96%的广谱吸收和1.8 kg/（m²·h）的高蒸发速率，能量转换效率达到82.65%，并通过侧面和表面的有效空气对流促进了水蒸气的持续逃逸，避免了蒸汽积聚抑制蒸发过程。户外集水系统测试表明，其日均淡水产量可达约13 kg/m²，足以满足多名成人的日饮水需求，且脱盐后的水质达到世界卫生组织标准。该工作给开发低成本、高效率、环境友好的太阳能海水淡化与污水净化技术提供了新的设计思路和实现途径。

3.2 分布式微能源系统供电应用

在木基水蒸发发电领域，Lin等^［92］开发了一种全木质水分蒸发诱导发电机，通过简单的脱木质素处理显著提升了木材的发电性能。该器件依靠天然木材的多孔结构与纤维素纳米纤丝表面负电荷，在水自发蒸发过程中驱动离子选择性迁移，从而产生持续的电流与电压。如图13（a）所示，在典型应用场景中单个器件（40 mm×40 mm×2 mm）可以实现0.77 V开路电压与148 μA短路电流，具备为小型电子设备供电的能力。该发电系统无需外部机械或热源的输入，只依靠环境中的水分蒸发就可以运行，特别适用于偏远地区或无电网覆盖的野外环境。研究者进一步展示了其作为自供电环境传感器的能力，可以对湿度、温度、光照及风速等的变化做出灵敏的反应，并可以实现多器件串并联以提升输出，成功点亮LED灯或为电容器充电。该全木质发电机兼具可生物降解、原料易得与环境友好等特点，为开发下一代可持续、分布式的环境传感与微能源系统提供了一条新的技术路径。

在木基能源材料的设计与应用研究中，木基摩擦纳米发电机展现出在智能建筑中实现机械能收集与自供能系统的广阔应用前景。Sun等^［16］通过将木材分别功能化为具有摩擦正电性的沸石咪唑烷框架木材和具有摩擦负电性的PDMS修饰木材，构建了功能化木基摩擦纳米发电机，在保留木材天然美观与机械性能的同时，显著提升了其摩擦电输出性能。该器件在50 N的压力下可以得到24.3 V的开路电压和0.32 μA的短路电流，输出性能比天然木材提高80倍以上，成功实现了对小功率家用电子设备如LED灯、计算器等的直接驱动，如图13（b）所示，并进一步演示了在电致变色智能窗调控方面的应用。研究还表现出规模化潜力，通过集成多个功能化木块构建出发电地板原型，能够在行人行走过程中收集能量并点亮家用灯具，证明了其作为建筑一体化能源解决方案的可行性。该工作为开发兼具可持续性、美观性与功能性的木基能源材料提供了新思路，推动了木材在智能家居与绿色建筑中多功能的集成应用。

在木基能源材料的摩擦纳米发电机应用领域，透明木基TENG具有独特的多功能集成潜力。Cheng等^［65］首次将透明木材引入设计，通过去木质化与紫外树脂浸渍赋予材料高透明度（透光率88.8%）和良好的摩擦电性能。在应用层面，如图13（c）所示，其可实现高达131 V的开路电压与1 445 nA的短路电流，具备为44个商用LED供电的能力，并可通过电容器实现能量存储与延时供电。透明特性与自供电功能的结合，使其在智能建筑与家居系统中具有广泛应用前景。例如，可以作为应急逃生指示标识，在断电时通过人体踩压自发点亮；作为发光楼梯或键盘，集装饰性与功能性于一体；更可构建多传感器智能射击靶系统，实现无线传感与实时反馈。该材料还具有优异的稳定性（万次循环性能保持96%以上）和疏水性，适合在复杂的环境中使用。这一研究不仅拓展了木材在自供电传感与智能交互系统中的应用边界，更为开发兼具美学价值与功能性的绿色能源材料提供了新范式。

3.3 雨滴能转化发电应用

在全球持续探寻绿色分布式能源的背景下，环境中的低频与微散能量收集也成了新的研究热点。雨滴能，这种曾被视为背景噪声而被忽视的自然能量，如今因其广泛存在而具有巨大潜力^［93］。传统刚性电子设备在捕获此类能量时面临成本和适应性的瓶颈，而木材作为一种天然的、可再生的且具有独特分级多孔结构的生物基材料，为解决这一难题提供了新的思路。通过物理结构设计和化学改性，使木材具有压电或者摩擦电效应，从而可以实现高效收集并转化雨滴机械能的目的。这种“会发电的木材”不仅将降雨从环境变量转变为可用的电力资源，更预示着未来建筑材料本身即可成为无缝集成的能量收集器，为实现自供电的物联网节点与智能建筑开辟了可持续路径。

Shi等^［66］创新提出了一种木基液固摩擦纳米发电机，如图14所示。利用简单的水相预处理促使木材内部的天然木质素迁移、重组并富集于表面，形成具有超疏水、防霉及优异摩擦负电等优良特性的功能材料。该材料在雨滴撞击时表现出卓越的能量收集能力，并且可以持续给LED灯和电子计时器等小型设备供电。研究突破了传统木材依靠脱木质素与氟聚合物的技术瓶颈，充分调动了木质素本身电子富集的特性以及可再生的优势，极大地改善了系统的环境可持续性。该技术不仅给户外雨水能量采集（如作为建筑外墙或屋顶材料）提供了一种全新的绿色解决方案，也体现出在自供电传感、物联网及智能建筑等领域广泛应用的前景，是木材在可再生能源技术中从被动基材到主动功能元件的重要进步。

在雨滴能量收集领域，木基纤维素纸材料因其可再生性、结构可设计性以及界面可调控等优势，正成为构筑摩擦纳米发电机的重要基材。根据不同的应用需求，相关研究主要从表界面疏水性提升、机械稳定性增强与电荷调控能力优化等方向展开，通过多样化的表面改性策略，实现从耐用性提升到电输出增强的功能拓展。Nie等^［94］开发了一种基于超疏水木基纤维素纸的鼓式摩擦纳米发电机，用于高效地收集雨滴动能。该器件巧妙地将雨滴冲击的机械能转化为纸膜的振动，进而驱动固-固界面的接触起电。其利用可再生纤维素纸基材，结合坚固的超疏水、自清洁特性，确保了器件在户外潮湿环境中长期耐用性与稳定性。通过构建蜂巢状集成网络，该发电机能够收集连续降雨的能量，并为计算器等小型电子设备供电。Pan等^［95］采用物理吸附和化学接枝对纤维素纸进行疏水改性，制备出可以收集雨滴能量的摩擦纳米发电机。改性不仅提高了材料的疏水性与介电常数，还使器件在模拟降雨中输出高达16 V电压与8.2 mW/m²的功率密度，能点亮28颗LED。其独特的优势在于，器件输出电压与雨滴流速呈现优良的线性关系，因此可以同时作为雨滴传感器来准确地测量降雨强度，并且可直接应用于汽车自动雨刷、智能天窗照明等智能系统中，为实现自驱动传感与微能源收集提供了一种环保且多功能的解决方案。

3.4 环境冷却降温应用

在木基能源材料的辐射制冷应用研究中，实现全天候自适应热管理是推动其走向实际建筑集成的关键。例如，Wang等^［96］提出了一种基于热变色微胶囊和中空玻璃微珠混合填充系统的自适应涂层，如图15所示，涂层可以根据不同的环境温度切换颜色，实现太阳能加热状态和辐射冷却状态的转变。制冷模式下的环境温差为5.4 ℃，加热模式下的环境温升为2.4 ℃，大大提高了全年应用的节能效益。

为了将日间辐射制冷和美学功能进行融合，Sun等^［97］报道了一种具有结构色的纤维素基分层复合木材材料。其以脱木素木材为基底，通过热压处理增强其机械强度与可见光反射率（高达95%），并利用纤维素纳米晶与木聚糖自组装形成具有可调结构色的上层光子层，实现了在整个可见光谱范围内的颜色调控。该复合材料在“大气窗口”范围内具有高达93%的红外发射率，可以将热量辐射到外太空，达到被动冷却的目的。户外测试表明，该结构色木材的降温效果可达4.3 ℃，且通过表面涂覆PDMS进一步赋予其疏水性与抗污性，不影响其制冷性能。此外，该材料可以利用图案化的设计实现装饰与功能的统一，相比传统的涂料，在保持色彩的同时不降低冷却性能，具有在彩色节能建筑材料中广泛应用的潜力。这项研究为开发美观、高效冷却、环保的木质复合材料提供了一种新的思路，也推动了木材在绿色建筑以及智能外观设计中的多功能应用。

Sun等^［88］开发了木材自适应冷却系统，其通过仿生花生叶片昼夜开合行为，构建出具有“开关”功能的水凝胶调控层，从而实现了昼间高效制冷和夜间抑制过冷的智能切换。在应用层面，该辐射制冷器在模拟昼间条件下可以达到6.6 ℃的降温效果，理论制冷功率为108 W/m²；而在夜间，相较于传统被动辐射制冷材料可将空间温度提升3.4 ℃，有效缓解过冷现象。研究通过OpenStudio软件进一步对全球16个典型城市的建筑能耗进行了仿真分析。结果表明，该材料在全天候使用中可节约总能量770 kJ，其中日间制冷节能占比达27.3%，夜间抑制过冷节能占比20.2%，展现出在多种气候条件下的强适应性。该研究通过仿真手段验证了木基辐射制冷材料在实际建筑节能中的巨大应用潜力，为实现“昼冷夜保温”的智能建筑系统提供了可行的材料解决方案。

同时，蒸发驱动型多功能木质复合材料展现出在建筑热管理与能源自供给方面的集成潜力。Qian等^［98］采用化学修饰水杉木，开发出一种兼具水力发电与蒸发冷却双功能的一体化平台。该材料利用其独特的方形密排垂直微通道结构，在水蒸发过程中实现高效的水力发电，在去离子水中可产生约265.8 mV的开路电压和高达约408 μW/m²的功率密度，突破了目前生物质材料的性能极限。同时，蒸发过程吸收大量环境热量，赋予材料显著的冷却能力：在太阳能辐射下，其构建的节能原型舱可实现约6.1 ℃的降温效果，夜间仍能维持约2.1 ℃的持续冷却。作为概念验证，研究人员建造了以改性水杉木为材料的生态小屋，在实际户外环境中实现了稳定发电（输出约1 580~1 630 mV）与被动降温（白天降约4.9 ℃，夜间降约1.1 ℃）的双重功能。该研究不仅为建筑节能提供了“发电-降温”一体化木材解决方案，而且推动了木质材料在自维持建筑与离网环境中的多功能集成的应用，为实现绿色建筑与可持续能源管理开辟了一条新途径。

3.5 柔性电子传感应用

柔性电子产品在日常生活中占据着不可或缺的地位，其应用场景十分广泛，涉及笔记本电脑、手机、传感器及各种便携式设备等^［99］。但是电子产品的高频更替带来的生态问题越来越严重，大多数产品以塑料、硅等材料为主要成分，难以生物降解且回收难度较大。为了实现可持续发展目标，研发出可生物降解、储量丰富的材料来替代不可降解材料，已成为当下的关键方向^［100］。这一举措既能降低对稀缺资源的依赖，又可以有效减轻环境污染，因此科研领域已经广泛开展了基于可生物降解基底的高性能、可降解柔性电子产品研究。木基柔性电子材料的主要成分是纤维素纳米纤维，其独特的纳米结构赋予材料双重优势，一方面具备出色的力学性能，另一方面还展现出良好的柔性与生物相容性，是该领域中极具潜力的材料之一。

Jung等^［101］开发了一种基于可生物降解纤维素纳米纤丝纸的高性能绿色柔性电子器件，如图16（a）所示，旨在应对当前消费电子产品中大量使用不可再生、不可降解及潜在有毒材料所导致的电子废弃物问题。研究团队通过转移印刷技术，在柔性、透明的纤维素纳米纤丝纸上成功集成了砷化镓微波器件（如异质结双极型晶体管和肖特基二极管）以及硅基数字电路，其性能与刚性衬底上的传统器件相当。该设备具有良好的高频介电特性，适合无线通信使用，还具有在真菌作用下的生物降解能力，实现了“从木材中来，回木材中去”的环保闭环。该研究为开发可持续、可降解的高性能电子系统提供了可行路径，显著减少了对有毒材料（如砷）的依赖和环境污染，推动了绿色电子技术的发展。

Guan等^［102］报道了一种以天然木材为原料制备高性能柔性压力传感器的绿色策略，如图16（b）所示。通过圆锯切割得到带状表面微结构，再经过化学处理去除半纤维素以提高柔性，并涂覆还原氧化石墨烯以赋予导电性，研究者将刚性木材成功转化为具备优异压阻响应特性的柔性传感材料。所制得的传感器具有高灵敏度（1.85 kPa^-1）、宽线性范围（0~60 kPa）、快速响应（150 ms）和超长循环寿命（>10 000次），可以准确地检测人体运动、语音振动和实时脉搏波等信号，并且可以实现大面积传感器阵列的空间压力成像。该工作不仅给开发低成本、可扩展、透气的电子皮肤和可穿戴健康监测设备提供了一条新路径，也体现了天然木材在可持续柔性电子领域的巨大应用潜力。

3.6 超级电容器储能应用

储能设备对现代社会的发展起着至关重要的作用。人们广泛研究了不同的储能来源，如超级电容器^［103］、混合离子电池^［104］和锌-空气电池^［105］等。超级电容器作为清洁和可持续的储能设备，表现出快速的储能速率、良好的循环稳定性和高功率密度。但其生产往往能耗高，包括对不可再生资源有依赖，以及对环境有污染等。木材因天然和可降解的特点，使其具有更明显的环保和可持续性。此外，木材的多孔结构为离子和电子的快速传输提供了良好的途径，使木质材料非常适合作为储能设备。

Wang等^［106］将木材衍生碳的应用推进到了高能量密度储能领域，旨在解决便携和微型化电子设备对紧凑、高效电源的迫切需求。研究者创新性地利用木材天然的低曲折度孔道结构，构建了负载银纳米颗粒和NiCo₂S₄纳米片的一体化厚电极，如图17（a）所示。该电极卓越的面积与体积性能（6.09 F/cm²的面积电容与3.93 mWh/cm³的体积能量密度）使其能够直接作为高性能超级电容器的核心部件，给需要紧凑空间和强大动力的应用场景（如可穿戴设备、微型机器人和物联网传感器节点）提供了理想的绿色电源解决方案。同时，该超级电容器件能够为风扇供电并点亮3个LED，如图17（b）所示，展示了木材基材料在驱动下一代可持续电子系统方面的巨大应用潜力。

相较于依赖高温碳化过程的木材衍生碳电极，Yu等^［107］的研究则向前迈出了关键一步，该研究摒弃了能耗较高的碳化过程，开发了一种基于蒸汽驱动自组装策略构建的对称全木材生态超级电容器。其核心创新在于将MXene纳米片在无需碳化的天然木材基底上均匀自组装形成三维导电网络。该方法在低温下进行，避免了传统高温热解过程，显著降低了能耗与环境负担，同时保留了木材固有的垂直孔道结构和亲水性，极大地促进了离子传输与电解质渗透。优化后的电极材料在高质量负载下获得了2.99 F/cm²的面积电容和580.55 F/g的比电容，并表现出优异的循环稳定性。该电极构建的超级电容器具备19.22 μWh/cm²的高能量密度，展现了其在柔性、可穿戴电子设备及绿色能源存储系统中的实际应用潜力。该研究为开发高性能、低环境影响的生物质基储能器件提供了可行路径，突出了木材作为可持续电极材料的巨大潜力。

3.7 电磁干扰屏蔽与吸收应用

木质材料除了在储能方面有广阔的应用前景外，由于其分层的多孔结构、可调的导电性和轻质的性质，最近在电磁干扰屏蔽和电磁波吸收方面也受到了广泛的关注^［108］。碳化木材保持了天然木材的各向异性多孔结构，同时表现出增强的导电性，促进了电磁波的多次反射和散射，从而显著提高了屏蔽性能。

Wang等^［109］报道了一种利用结构调控实现以吸收为主的电磁屏蔽Mxene-木材复合材料。研究采用热压控制木材的压缩比率，系统调节其孔隙结构，在30%压缩率下表现出优异的电磁屏蔽效能（41.78 dB）和高吸收系数（0.73），实现了从反射主导向吸收主导的屏蔽机制转变。这种性能提升源于压缩后形成的致密导电网络和丰富的Mxene-木材异质界面，增强了界面极化与电磁波多重反射，同时获得了良好的阻抗匹配。该材料还具备出色的隔热性能（热导率低至0.026 W/（m·K）），在高温环境下表面温度显著低于天然木材。该项研究表明，通过调控木材自身的多级孔结构，而不是单纯提高导电性，可以实现高效、绿色的电磁吸收和热管理一体化，为发展可持续、多功能的木质电磁屏蔽材料提供了一种新思路，在建筑节能和电子设备防护领域有广阔的应用前景。

通过将木材作为天然结构模板与界面功能构筑平台，相关研究逐步由单一电磁屏蔽性能提升，拓展至热管理、能量存储及安全防护等多功能协同集成方向，为木基功能材料在多应用场景下的系统化设计与性能协同优化奠定了重要的方法学基础。Chen等^［110］开发出一种基于天然木材形态遗传结构的多功能复合相变材料，如图18（a）所示，其核心创新在于采用温和的脱木素和蒸发诱导自组装策略，在非碳化木材气凝胶骨架上构建了MXene/植酸杂化功能层。该材料有效地解决了传统有机固-液相变材料易泄漏、导热性差及易燃等关键瓶颈。所制备的木基复合相变材料展现出显著提升的热导率、优异的阻燃性能（自熄灭特性）以及卓越的电磁屏蔽效能（44.45 dB），如图18（b）所示。该项研究通过利用木材固有的各向异性孔道和绿色改性工艺，实现了热能存储、太阳能高效利用、火灾安全防护与电磁污染治理的协同集成，为开发面向智能建筑、可穿戴设备及下一代电子热管理系统的可持续、高性能能量管理材料提供了一种新的设计范式。

4 结论与展望

木基能源材料凭借木材天然的多尺度孔隙结构、表界面化学基团以及可再生特性，在自然环境能源收集与转化方面展现出独特的优势。相关学者采用巧妙的构筑策略，赋予木材功能化特性，使其能够在多种环境条件下发挥出关键作用。在未来，通过使用木基能源材料开发高效绿色能源是构建低碳能源体系的关键方式之一。

4.1 深化木基多能源转化机理

尽管目前的理论基础验证了木材在多能源环境转化的过程，但对其复杂的界面传热传质机制以及能量损失路径的认识仍存在部分不足。未来应当采用先进的表征手段和更准确的多物理场模拟策略，揭示木基能源材料转化过程的内在机理和耦合规律，为绿色能源开发提供坚实的理论基础。

4.2 提高木基表界面功能构筑策略效率

为了实现木基能源材料的广泛应用，其构筑策略应当在低能耗、高效率以及可大批量制备等方面取得突破。未来研究内容可以结合木材加工与绿色制造技术，开发出适用于大尺度制备和界面复杂结构的功能化加工工艺。

4.3 提升木基能源材料的长期稳定性以及功能化集成

未来研究方向应该关注木基能源材料在复杂真实环境中的稳定性问题，推动相关成果由实验室研究向实际工程的应用转化。同时，需要加强多功能协同集成化设计，使木基能源材料能够在多元复杂工况下实现多种环境能量的协同收集与高效转化，从而为其在工程化应用奠定基础。

参考文献

[1] 李坚.木材科学［M］.3版.北京：科学出版社，2014.

[2] LI J.Wood science［M］.3 edition.Beijing：Science Press，2014.

[3] 梁晨，黄汉林，邓博，等.构树木材研究利用现状和产业发展对策［J］.林业科技通讯，2025（6）：43-48.

[4] LIANG C， HUANG H L， DENG B，et al.Current status of research and utilization of Broussonetia papyrifera timber and industrial development countermeasures［J］.Forest Science and Technology，2025（6）：43-48.

[5] 李坚.大自然的启发：木材仿生与智能响应［J］.科技导报，2016，34（19）：1.

[6] LI J.Enlightenment from nature：Wood bionics and intelligent response［J］.Science & Technology Review，2016，34（19）：1.

[7] 陈水合.木材加工业促进我国林业生态全面大发展［J］.中国人造板，2021，28（5）：35-37.

[8] CHEN S H.Wood processing industry promotes the comprehensive and great development of forestry ecology in China［J］.China Wood-Based Panels，2021，28（5）：35-37.

[9] GAO Z X， YU C， XIA E M，et al.Unraveling the timber supply chain in the Belt and Road region：Analyzing embodied timber flows and industrial interconnections［J］.Resources，Conservation and Recycling，2025，215：108138.

[10] 徐伟涛.“碳中和”背景下木质林产品碳汇能力提升路径研究［J］.林产工业，2021，58（9）：81-83.

[11] XU W T.Study on the pathway of improving carbon sink capacity of wood forest products under the background of“carbon neutralization”［J］.China Forest Products Industry，2021，58（9）：81-83．

[12] CHEN C J， BERGLUND L， BURGERT I，et al.Wood nanomaterials and nanotechnologies［J］.Advanced Materials，2021，33（28）：e2006207.

[13] 李坚，甘文涛，陈志俊，等.向新出发，木材科学前沿发展［J］.森林工程，2025，41（1）：1-39.

[14] LI J， GAN W T， CHEN Z J，et al.Frontier advances in wood science towards a new departure［J］.Forest Engineering，2025，41（1）：1-39.

[15] TIAN M S， CHEN J B， TIAN J F，et al.Natural wood with optimal capillary water content and evaporation enthalpy for efficient interfacial solar steam generation［J］.Materials Horizons，2025，12（15）：5771-5779.

[16] CHENG H Y， GUAN J Y， YU N N，et al.Prussian blue-carbonized wood photothermal composites for efficient solar evaporation and seawater desalination［J］.Separation and Purification Technology，2025，357：130230.

[17] WANG Z， YAN Y T， SHEN X P，et al.A wood–polypyrrole composite as a photothermal conversion device for solar evaporation enhancement［J］.Journal of Materials Chemistry A，2019，7（36）：20706-20712.

[18] 陈旭，王硕，汤相宇，等.纤维素甲基丙烯酸酯水凝胶的制备及重金属离子吸附性能研究［J］.森林工程，2023，39（1）：82-91.

[19] CHEN X， WANG S， TANG X Y，et al.Study on preparation of cellulose methacrylate hydrogels and their adsorption performance of heavy metal ions［J］.Forest Engineering，2023，39（1）：82-91.

[20] JIAO H， GUO X Y， ZHANG C F，et al.Space-confined carbonization of wood cellular structure rendered an all-in-one solar-driven evaporator for efficient water desalination and evaporative power generation［J］.Desalination，2025，610：118915.

[21] PIAO X X， ZHANG P， SHEN J Y，et al.Water-evaporation induced electricity generation inspired by natural tree transpiration［J］.Sustainable Materials and Technologies，2024，39：e00836.

[22] 荆明星，杨宇，付依扬，等.木材改良湿气发电机的设计及性能研究［J］.森林工程，2023，39（6）：109-115.

[23] JING M X， YANG Y， FU Y Y，et al.Design and performance study of wood-based moist-electric generator［J］.Forest Engineering，2023，39（6）：109-115.

[24] SUN J G， TU K K， BÜCHELE S，et al.Functionalized wood with tunable tribopolarity for efficient triboelectric nanogenerators［J］.Matter，2021，4（9）：3049-3066.

[25] MA W C， LIN Y， HUANG C X，et al.Fully wood-based high-performance triboelectric nanogenerator for smart home［J］.Advanced Composites and Hybrid Materials，2024，7（4）：126.

[26] LUO J J， SHI X， CHEN P F，et al.Strong and flame-retardant wood-based triboelectric nanogenerators toward self-powered building fire protection［J］.Materials Today Physics，2022，27：100798.

[27] 陈鹏宇，刘薇，王稳升，等.辐射-蒸发集成式被动冷却木材的设计与性能研究［J］.森林工程，2025，41（3）：578-584.

[28] CHEN P Y， LIU W， WANG W S，et al.Design and performance study of radiation evaporation integrated passive cooling wood［J］.Forest Engineering，2025，41（3）：578-584.

[29] CAI C Y， WU X D， CHENG F L，et al.Cellulose metamaterials with hetero-profiled topology via structure rearrangement during ball milling for daytime radiative cooling［J］.Advanced Functional Materials，2024，34（40）：2405903.

[30] CHANG A J， XUE C H， SUN J J，et al.A superhydrophobic wood aerogel for radiative cooling and sound absorption［J］.Journal of Materials Chemistry A，2025，13（9）：6440-6450.

[31] LI Z K， ZHENG M， WEI N，et al.Broadband-absorbing WO_3-x nanorod-decorated wood evaporator for highly efficient solar-driven interfacial steam generation［J］.Solar Energy Materials and Solar Cells，2020，205：110254.

[32] WANG Z， YAN Y T， SHEN X P，et al.Candle soot nanoparticle-decorated wood for efficient solar vapor generation［J］.Sustainable Energy & Fuels，2020，4（1）：354-361.

[33] CHEN Z J， DANG B， LUO X F，et al.Deep eutectic solvent-assisted in situ wood delignification：A promising strategy to enhance the efficiency of wood-based solar steam generation devices［J］.ACS Applied Materials & Interfaces，2019，11（29）：26032-26037.

[34] CAO S S， JIANG Q S， WU X H，et al.Advances in solar evaporator materials for freshwater generation［J］.Journal of Materials Chemistry A，2019，7（42）：24092-24123.

[35] CHEN C J， LI Y J， SONG J W，et al.Highly flexible and efficient solar steam generation device［J］.Advanced Materials，2017，29（30）：1701756.

[36] DONG Y M， TAN Y， WANG K L，et al.Reviewing wood-based solar-driven interfacial evaporators for desalination［J］.Water Research，2022，223：119011.

[37] ZHU M， ZHANG R， YUAN S Y，et al.Advances in cellulose materials for interfacial water evaporation and their applications in seawater desalination［J］.Desalination，2025，601：118559.

[38] MENG X G， LIU L Q， OUYANG S X，et al.Nanometals for solar-to-chemical energy conversion：From semiconductor-based photocatalysis to plasmon-mediated photocatalysis and photo-thermocatalysis［J］.Advanced Materials，2016，28（32）：6781-6803.

[39] FU B， ZHANG X Y， ROBINSON N，et al.Multi-shelled hollow porous carbon nanospheres-based evaporator for highly efficient solar-driven desalination［J］.Nano Energy，2024，129：110054.

[40] GOPINATH K P， VO D N， GNANA PRAKASH D，et al.Environmental applications of carbon-based materials：A review［J］.Environmental Chemistry Letters，2021，19（1）：557-582.

[41] 郭万林.水伏科学技术的发展、挑战与未来［J］.科技导报，2021，39（11）：1.

[42] GUO W L.Development，challenge and future of hydrovoltaic science and technology［J］.Science & Technology Review，2021，39（11）：1.

[43] HELMHOLTZ H.On Goethe’s scientific researches［C］// Selected Writings of Hermann von Hemholtz，ed.and trans.by Russell Kahl，33-59.Middletown，CT：Wesleyan University Press，1853.

[44] CERIOTTI M， FANG W， KUSALIK P G，et al.Nuclear quantum effects in water and aqueous systems：experiment，theory，and current challenges［J］.Chemical Reviews，2016，116（13）：7529-7550.

[45] ZHANG Z H， LI X M， YIN J，et al.Emerging hydrovoltaic technology［J］.Nature Nanotechnology，2018，13（12）：1109-1119.

[46] LU W， JIANG D X， WANG Z F，et al.Simultaneous efficient evaporation and stable electricity generation enabled by a wooden evaporator based on composite photothermal effect［J］.Chemical Engineering Journal，2024，496：154361.

[47] LI C Y， GUO H Y， WU Z Y，et al.Self-healable triboelectric nanogenerators：Marriage between self-healing polymer chemistry and triboelectric devices［J］.Advanced Functional Materials，2023，33（2）：2208372.

[48] DU G L， WANG J L， LIU Y H，et al.Fabrication of advanced cellulosic triboelectric materials via dielectric modulation［J］.Advanced Science，2023，10（15）：e2206243.

[49] WANG Z L， WANG A C.On the origin of contact-electrification［J］.Materials Today，2019，30：34-51.

[50] JARAMILLO-FERNANDEZ J， WHITWORTH G L， PARIENTE J A，et al.A self-assembled 2D thermofunctional material for radiative cooling［J］.Small，2019，15（52）：e1905290.

[51] LUSHIKU E M， HJORTSBERG A， GRANQVIST C G.Radiative cooling with selectively infrared-emitting ammonia gas［J］.Journal of Applied Physics，1982，53（8）：5526-5530.

[52] 郭晨玥，潘浩丹，徐琪皓，等.天空辐射制冷技术发展现状与展望［J］.制冷学报，2022，43（3）：1-14.

[53] GUO C Y， PAN H D， XU Q H，et al.Current status and future perspectives of radiative sky cooling［J］.Journal of Refrigeration，2022，43（3）：1-14.

[54] RAMAN A P， ABOU ANOMA M， ZHU L X，et al.Passive radiative cooling below ambient air temperature under direct sunlight［J］.Nature，2014，515（7528）：540-544.

[55] ZHU X Y， LI M J， SONG L，et al.Metal organic framework enabled wood evaporator for solar-driven water purification［J］.Separation and Purification Technology，2022，281：119912.

[56] SONG L， ZHANG X F， WANG Z G，et al.Fe₃O₄/polyvinyl alcohol decorated delignified wood evaporator for continuous solar steam generation［J］.Desalination，2021，507：115024.

[57] YU Z Y， HU J B， LIU G G，et al.Micronleaf-shape graphene interfaces on wood transverse sections as advanced photothermal evaporators for water purification［J］.Journal of Materials Science & Technology，2024，193：81-89.

[58] ZHANG L N， LI X Y， ZHONG Y，et al.Highly efficient and salt rejecting solar evaporation via a wick-free confined water layer［J］.Nature Communications，2022，13：849.

[59] HE S M， CHEN C J， KUANG Y D，et al.Nature-inspired salt resistant bimodal porous solar evaporator for efficient and stable water desalination［J］.Energy & Environmental Science，2019，12（5）：1558-1567.

[60] KUANG Y D， CHEN C J， HE S M，et al.A high-performance self-regenerating solar evaporator for continuous water desalination［J］.Advanced Materials，2019，31（23）：e1900498.

[61] JANG H， CHOI J， LEE H，et al.Corrugated wood fabricated using laser-induced graphitization for salt-resistant solar steam generation［J］.ACS Applied Materials & Interfaces，2020，12（27）：30320-30327.

[62] LYU Q Q， PENG B L， XIE Z J，et al.Moist-induced electricity generation by electrospun cellulose acetate membranes with optimized porous structures［J］.ACS Applied Materials & Interfaces，2020，12（51）：57373-57381.

[63] GAO X， XU T， SHAO C X，et al.Electric power generation using paper materials［J］.Journal of Materials Chemistry A，2019，7（36）：20574-20578.

[64] BERGLUND L A， BURGERT I.Bioinspired wood nanotechnology for functional materials［J］.Advanced Materials，2018，30（19）：1704285.

[65] ZHOU X B， ZHANG W L， ZHANG C L，et al.Harvesting electricity from water evaporation through microchannels of natural wood［J］.ACS Applied Materials & Interfaces，2020，12（9）：11232-11239.

[66] LIN J Y， ZHANG Z， LIN X M，et al.All wood-based water evaporation-induced electricity generator［J］.Advanced Functional Materials，2024，34（30）：2314231.

[67] GAO Y， YANG X， GAREMARK J，et al.Gradience free nanoinsertion of Fe₃O₄ into wood for enhanced hydrovoltaic energy harvesting［J］.ACS Sustainable Chemistry & Engineering，2023，11（30）：11099-11109.

[68] HAN C L， BAI Z Q， SUN H H，et al.Bioinspired gradient-structured wood interfaces achieving efficient ion diffusion to generate electricity from natural evaporation［J］.Journal of Materials Chemistry A，2024，12（2）：723-730.

[69] WONG M Y， GAUTAM A， LIN K X，et al.Sustainable high-performance density：Nanoporous composite wood for water evaporation-induced electricity generation［J］.Chemical Engineering Journal，2025，510：161729.

[70] PANG Y K， CHEN S E， AN J C，et al.Multilayered cylindrical triboelectric nanogenerator to harvest kinetic energy of tree branches for monitoring environment condition and forest fire［J］.Advanced Functional Materials，2020，30（32）：2003598.

[71] 卢芸，吴桐，付宗营，等.木材发电机理及应用研究进展［J］.木材科学与技术，2023，37（4）：1-12，57.

[72] LU Y， WU T， FU Z Y，et al.Research progress on mechanism and application of electric power generation with wood［J］.Chinese Journal of Wood Science and Technology，2023，37（4）：1-12，57.

[73] HAO S F， JIAO J Y， CHEN Y D，et al.Natural wood-based triboelectric nanogenerator as self-powered sensing for smart homes and floors［J］.Nano Energy，2020，75：104957.

[74] BANG J， MOON I K， JEON Y P，et al.Fully wood-based green triboelectric nanogenerators［J］.Applied Surface Science，2021，567：150806.

[75] LUO J J， WANG Z M， XU L，et al.Flexible and durable wood-based triboelectric nanogenerators for self-powered sensing in athletic big data analytics［J］.Nature Communications，2019，10：5147.

[76] SUN J G， SCHÜTZ U， TU K K，et al.Scalable and sustainable wood for efficient mechanical energy conversion in buildings via triboelectric effects［J］.Nano Energy，2022，102：107670.

[77] CHENG T， ZHANG H Q， CAO K L，et al.First development of transparent wood-based triboelectric nanogenerator （TW-TENG）：Cooperative incorporation of transparency，aesthetic of wood，and superior triboelectric properties［J］.Nano Energy，2024，128：109888.

[78] SHI X T， BI R， SHU X，et al.Native lignin migration and clustering in wood：Superhydrophobic，antimold，and tribonegative layers for rain-driven electrification［J］.Advanced Functional Materials，2025，35（39）：2504381.

[79] MCLINDEN M O， SEETON C J， PEARSON A.New refrigerants and system configurations for vapor-compression refrigeration［J］.Science，2020，370（6518）：791-796.

[80] KADAM S T， KYRIAKIDES A S， KHAN M S，et al.Thermo-economic and environmental assessment of hybrid vapor compression-absorption refrigeration systems for district cooling［J］.Energy，2022，243：122991.

[81] SHI J Y， HAN D L， LI Z C，et al.Electrocaloric cooling materials and devices for zero-global-warming potential，high-efficiency refrigeration［J］.Joule，2019，3（5）：1200-1225.

[82] KIYAEE S， KHALILMOGHADAM P， BEHSHAD SHAFII M，et al.Investigation of a radiative sky cooling module using phase change material as the energy storage［J］.Applied Energy，2022，321：119357.

[83] HU M K， ZHAO B，SUHENDRI，et al.Extending the operation of a solar air collector to night-time by integrating radiative sky cooling：A comparative experimental study［J］.Energy，2022，251：123986.

[84] DONG M H， CHEN N， ZHAO X D，et al.Nighttime radiative cooling in hot and humid climates［J］.Optics Express，2019，27（22）：31587-31598.

[85] LI T， ZHAI Y， HE S M，et al.A radiative cooling structural material［J］.Science，2019，364（6442）：760-763.

[86] CHEN Y P， DANG B K， FU J Z，et al.Cellulose-based hybrid structural material for radiative cooling［J］.Nano Letters，2021，21（1）：397-404.

[87] CAI C Y， ZHAO X， MIAO C，et al.Bioinspired durable daytime radiative cooling wood：Realizing outdoor longtime use［J］.Nano Letters，2025，25（11）：4369-4378.

[88] BANIASSADI A， SAILOR D J， BAN-WEISS G A.Potential energy and climate benefits of super-cool materials as a rooftop strategy［J］.Urban Climate，2019，29：100495.

[89] WANG T， ZHANG Y N， CHEN M，et al.Scalable and waterborne titanium-dioxide-free thermochromic coatings for self-adaptive passive radiative cooling and heating［J］.Cell Reports Physical Science，2022，3（3）：100782.

[90] WANG J， XIE M， AN Y Z，et al.All-season thermal regulation with thermochromic temperature-adaptive radiative cooling coatings［J］.Solar Energy Materials and Solar Cells，2022，246：111883.

[91] AO X Z， LI B W， ZHAO B，et al.Self-adaptive integration of photothermal and radiative cooling for continuous energy harvesting from the sun and outer space［J］.Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，2022，119（17）：e2120557119.

[92] WANG S C， JIANG T Y， MENG Y，et al.Scalable thermochromic smart windows with passive radiative cooling regulation［J］.Science，2021，374（6574）：1501-1504.

[93] MEI X， WANG T， CHEN M，et al.A self-adaptive film for passive radiative cooling and solar heating regulation［J］.Journal of Materials Chemistry A，2022，10（20）：11092-11100.

[94] FANG Z， DING L Y， LI L T，et al.Thermal homeostasis enabled by dynamically regulating the passive radiative cooling and solar heating based on a thermochromic hydrogel［J］.ACS Photonics，2021，8（9）：2781-2790.

[95] DE BASTIANI M， SAIDAMINOV M I， DURSUN I，et al.Thermochromic perovskite inks for reversible smart window applications［J］.Chemistry of Materials，2017，29（8）：3367-3370.

[96] ZHANG Y， TSO C Y， IÑIGO J S，et al.Perovskite thermochromic smart window：Advanced optical properties and low transition temperature［J］.Applied Energy，2019，254：113690.

[97] ROSALES B A， KIM J， WHEELER V M，et al.Thermochromic halide perovskite windows with ideal transition temperatures［J］.Advanced Energy Materials，2023，13（12）：2203331.

[98] SHENG S Z， WANG J L， ZHAO B，et al.Nanowire-based smart windows combining electro-and thermochromics for dynamic regulation of solar radiation［J］.Nature Communications，2023，14：3231.

[99] SHI M K， SONG Z F， NI J H，et al.Dual-mode porous polymeric films with coral-like hierarchical structure for all-day radiative cooling and heating［J］.ACS Nano，2023，17（3）：2029-2038.

[100] SUN Q， WANG Z Y， MI L T，et al.Bioinspired all-day adaptive radiative cooler with high-power cooling and efficient suppressing overcooling［J］.Building and Environment，2024，266：112119.

[101] BAI T B， LIU Y L， LI T M，et al.Hierarchical wood evaporator with hydrogen-bond modulation for anti-fouling desalination and synchronous waste-heat thermoelectric generation［J］.Chemical Engineering Journal，2025，525：170315.

[102] SUN Z Z， LI W Z， SONG W L，et al.A high-efficiency solar desalination evaporator composite of corn stalk，Mcnts and TiO₂：Ultra-fast capillary water moisture transportation and porous bio-tissue multi-layer filtration［J］.Journal of Materials Chemistry A，2020，8（1）：349-357.

[103] MI L T， ZHANG Z W， ZHANG X L，et al.High-yield，green，and scalable solar-powered interfacial evaporation of multibioinspired hierarchical-integrated nanofibrous wood surface with sustainable steam escape［J］.Solar RRL，2023，7（11）：2370111.

[104] LIN J Y， ZHANG Z， LIN X M，et al.All wood-based water evaporation-induced electricity generator［J］.Advanced Functional Materials，2024，34（30）：2314231.

[105] YE C Y， LIU D， CHEN P F，et al.An integrated solar panel with a triboelectric nanogenerator array for synergistic harvesting of raindrop and solar energy［J］.Advanced Materials，2023，35（11）：e2209713.

[106] NIE S X， GUO H Y， LU Y X，et al.Superhydrophobic cellulose paper-based triboelectric nanogenerator for water drop energy harvesting［J］.Advanced Materials Technologies，2020，5（9）：2000454.

[107] PAN Y T， LI M， LU Y X，et al.Hydrophobic sisal cellulose paper-based TENG for collecting rain energy and raindrop-based sensor［J］.Chemical Engineering Journal，2024，490：151590.

[108] WANG T， ZHANG Y N， CHEN M，et al.Scalable and waterborne titanium-dioxide-free thermochromic coatings for self-adaptive passive radiative cooling and heating［J］.Cell Reports Physical Science，2022，3（3）：100782.

[109] SUN B Y， CAO S Y， DOU S L，et al.Cellulose based hierarchical structural colored wood composite material for daytime radiative cooling［J］.Carbohydrate Polymers，2026，372：124563.

[110] QIAN Q F， XU L N， LI H T.Evaporation-driven dual-function wood composites：integrating hydrovoltaic generation and thermal management in architectural applications［J］.Advanced Materials，2025：e13000.

[111] WANG L L， CHEN D， JIANG K，et al.New insights and perspectives into biological materials for flexible electronics［J］.Chemical Society Reviews，2017，46（22）：6764-6815.

[112] WANG L L， WANG K， LOU Z，et al.Plant-based modular building blocks for “green” electronic skins［J］.Advanced Functional Materials，2018，28（51）：1804510.

[113] JUNG Y H， CHANG T H， ZHANG H L，et al.High-performance green flexible electronics based on biodegradable cellulose nanofibril paper［J］.Nature Communications，2015，6：7170.

[114] GUAN H， MENG J W， CHENG Z Y，et al.Processing natural wood into a high-performance flexible pressure sensor［J］.ACS Applied Materials & Interfaces，2020，12（41）：46357-46365.

[115] LYU Q Q， TIAN Z W， LI W J，et al.Porous carbon derived from biomass-based polymers：Innovative applications in supercapacitors［J］.Chinese Chemical Letters，2025：110860.

[116] LIU Y， XIANG K X， ZHOU W，et al.Investigations on tunnel-structure MnO₂ for utilization as a high-voltage and long-life cathode material in aqueous ammonium-ion and hybrid-ion batteries［J］.Small，2024，20（20）：e2308741.

[117] ZENG S Y， DUAN G G， YU R Z，et al.Microstructure and bionic engineering of triphase reaction interface for zinc-air batteries［J］.Progress in Materials Science，2025，147：101356.

[118] WANG F， LIU X L， DUAN G G，et al.Wood-derived，conductivity and hierarchical pore integrated thick electrode enabling high areal/volumetric energy density for hybrid capacitors［J］.Small，2021，17（35）：e2102532.

[119] YU Y， CHEN W H， WANG X，et al.Self-assembled MXene supported on carbonization-free wood for a symmetrical all-wood eco-supercapacitor［J］.ACS Applied Materials & Interfaces，2024，16（28）：36322-36332.

[120] LONG L， ZHANG Y T， ZHU H H，et al. In situ growth of the Y₃Si₂C₂ interphase in SiCf-reinforced mullite ceramics for enhanced electromagnetic wave absorption［J］.Journal of the American Ceramic Society，2025，108（7）：e20506.

[121] WANG Z Q， DAI Z H， HU C S，et al.MXene@Wood composite with absorption-dominated electromagnetic interference shielding performance through structural modification［J］.Industrial Crops and Products，2024，222：119832.

[122] CHEN Y H， MENG Y， ZHANG J Y，et al.Leakage proof，flame-retardant，and electromagnetic shield wood morphology genetic composite phase change materials for solar thermal energy harvesting［J］.Nano-Micro Letters，2024，16（1）：196.

基金资助

国家自然科学基金项目(52575327)