石墨烯-電解質界面已被證明可以應用在一系列的能源設備的平臺中，例如太陽能電池、超級電容器、和鋰離子電池等。值得注意的是，近期報道了一種新型石墨烯基發電機，其使用石墨烯-液體界面將移動的離子液滴的機械能轉換成電能，為可擴展的發電提供了有吸引力的新方案。

圖1.聚合物支撐的單層石墨烯器件中的電壓產生。 （a）在由SiO2板上的石墨烯/聚合物膜組成的器件上進行發電和SFVS測量的實驗裝置。 （b）通過在石墨烯/聚合物上滾動的下落水滴測量電壓產生的示意圖。 （c）示波器軌跡分別顯示由石墨烯/ PET（紅色）和石墨烯/ PMMA（藍色）產生的電壓尖峰

在這樣的裝置中，離子液體液滴移動在基板支撐的石墨烯表面的流動會在流動相反的方向產生電流，而這種效應在聚合物涂覆的絕緣體與水的界面處也能觀測到這種效應。宏觀上，這種發電現象的機制可以通過繪制電位模型來解釋：溶質的選擇性離子可以吸附在固體/溶液界面并與固體形成贗電容。當離子液滴沿著石墨烯表面移動時，傾向于吸附在界面上的離子被吸引向前進（贗電容器的充電）或從后退邊緣排斥（贗電容器的放電）。

同時，石墨烯中帶相反電荷的載流子被吸引到前進和后退邊緣，導致電流在石墨烯層中流動。因此，離子如何有效地吸引到界面處確定了其發電效率。然而，在微觀尺度上，關于將離子吸引到溶液/石墨烯界面的潛在機制仍存在爭議。目前缺乏微觀理解阻礙了實驗中優化和控制離子的能力和能量傳感器的性能。此外，液體/石墨烯界面處的離子吸附的微觀起源對于石墨烯電化學裝置是非常重要的。

圖2.水/石墨烯/PET界面處離子吸附的原因。（a）和頻振動光譜，分別顯示在石墨烯/PMMA和石墨烯/PET界面處的C=O拉伸模式，表示后一界面上的強C=O極性排序。（b）由C=O偶極子的正方形陣列產生的x-y平面中的方位角各向同性電位的計算。（c）單層和3-5層石墨烯/PET器件的和頻強度相對于NaCl濃度的相對增加。（d）使用Gouy-Chapman模型從光譜推導出的表面Na +密度與體積NaCl濃度的關系。（e）離子液滴中溶液中的離子和石墨烯中的電子向液滴前緣的運動的示意圖。

因此，在最新的一份發表在JACS上的工作中，報告了一項關于聚合物支持的石墨烯發電設備的和頻共振光譜（SFVS）研究。根據聚合物表面，溶液/聚合物界面和溶液/石墨烯/聚合物界面的和頻振動光譜，研究最終得出以下結論：溶液中的離子不被石墨烯吸引，也不被預充電表面吸引;通過聚合物具有大偶極矩的極性有序表面基團，它們被石墨烯/聚合物或沒有石墨烯的聚合物所吸引;單層石墨烯表現為偶極子場的弱屏蔽層，并作為產生電流的無源導電路徑;離子與表面偶極子層之間的相互作用是短程的。另外研究還對可能提高器件效率的參數進行了一般性討論。其結果提供了電解解決方案/石墨烯/聚合物設備更全面的發電情況，這將有助于未來設計此類設備，以實現更高的效率和可切換的操作。