近日，机电工程学院农业信息感知技术省重点实验室胡启昌教授课题组在水下光通讯、自供能光电探测及水伏驱动污染物降解等领域取得系列研究进展。相关成果相继发表于国际顶级期刊《Water Research》、《Nano Energy》及《Advanced Functional Materials》，充分彰显了课题组在微纳能源、自供能传感与农业环境信息交叉领域的创新活力。
工作一、水伏效应驱动微生物高效降解有机污染物，助力零能耗污水处理
该研究成果以“Microbial biofilm-based hydrovoltaic system for degrading organic pollutants”为题发表于《Water Research》（自然指数期刊，中科院一区TOP，IF=12.4）。
研究首次提出基于微生物生物膜的原型污水处理装置（mBio-HS），仅依靠水蒸发过程驱动电子供应，无需任何外部能量输入，即可稳定输出约20 μA的电流和0.3 V的电压。以偶氮染料甲基橙为模型污染物，该系统在72小时内实现90%的脱色率，并表现出良好的循环使用稳定性。该工作证实了利用环境中普遍存在的水伏效应为氧化还原反应提供动力的机制基础，为深层土壤、地下水等寡营养环境中的绿色低碳生物修复提供了切实可行的技术路径。
beat365中文官方网站为第一完成单位，胡启昌教授为唯一通讯作者；林子寒（2023级电子信息硕士，导师胡启昌）为第一作者，资源与环境学院任国平老师为共同一作；郭园鸿、申湘及周顺桂教授参与研究。研究得到国家自然科学基金及福建省杰青项目资助。
工作二、封面论文：生物-水伏集成实现自供能日盲紫外探测
相关成果以“Self-Powered Solar-Blind UV Detection Enabled by an Integrated Bio-Hydrovoltaic Photodetector”为题发表于《Nano Energy》（中科院一区TOP，IF=17.1），并入选当期主封面。
针对传统自供电探测器依赖复杂异质结、制备成本高、环境适应性差等瓶颈，课题组首次将硫还原地杆菌生物膜的水伏效应与氧化镓日盲紫外探测功能单片集成，构建半垂直结构生物-水伏光电探测器。该器件利用生物膜在环境湿度下自发产生稳定直流电压，直接作为原位偏压驱动Ga₂O₃光敏层，在零偏压下实现了3.71 mA/W的响应度、1.81%的外量子效率及291/505 ms的快速响应恢复时间。该设计将自供能探测器对异质结内建电场的依赖，转变为对生物-环境相互作用的利用，特别适用于潮湿密闭空间中的长期无人值守监测。
beat365中文官方网站为第一完成单位，胡启昌教授为唯一通讯作者，王伟副教授与硕士研究生黄诗雅为共同第一作者；硕士研究生胡熙熙、管瑜洁等参与了本项研究，特此致谢beat365中文官方网站周顺桂教授对本工作的悉心关切。研究获得福建省杰青、国家自然科学基金及北京市高熵能源材料与器件重点实验室开放课题等资助。
工作三、破解氧化镓日盲紫外探测器“RS困境”，助力水下光通讯与重金属离子检测
该研究成果以“Breaking the Responsivity–Speed Trade-Off in Ga₂O₃ Solar-Blind Photodetectors via Oxygen-Vacancy Stratification for Underwater Optical Communication and Sensing”为题发表于《Advanced Functional Materials》（自然指数收录，中科院一区TOP，IF=19.0）。
针对Ga₂O₃基日盲紫外探测器长期存在的响应度与响应速度难以同步提升的“RS困境”，研究团队创新提出氧空位分层调控策略，通过构建具有垂直浓度梯度的高/低氧空位Ga₂O₃层，协同实现高响应度与快响应特性。所制备器件成功应用于水下快速光通信。尤为值得关注的是，该探测器进一步联合向量机机器学习算法，实现了对多种重金属离子（铅、铜、亚铁）的检测与识别，展示了其在海洋环境监测与水质安全预警中的独特优势。该研究为高性能日盲紫外探测器在海洋传感与集成探测系统中的应用开辟了新路径。
该文胡启昌教授为第一通讯作者，王伟副教授、重庆大学刘玉菲教授为共同通讯作者，第一作者为我院2022届电子科学与技术本科毕业生吴梓鸣同学（现就读于重庆大学）。研究得到国家自然科学基金、福建省杰青等项目资助。
上述系列研究得到beat365中文官方网站周顺桂教授的指导，成果系统展示了课题组在水伏技术与自供能传感领域的深度融合。课题组不仅开展利用水伏效应实现自供能紫外探测与环境能量采集；另一方面，开展电信号调控与传感器件设计相结合，面向重金属离子检测、水下光通讯、有机污染物降解等环境与农业信息感知实际需求，发展出一系列结构简单、环境适应性强、可持续运行的新原理、新器件。未来，课题组将继续围绕“水伏+传感”融合技术，拓展其在农业环境监测、水产养殖水质预警及排水安全保障等领域的应用，为绿色、智能、低功耗的农业与环境信息感知系统提供关键技术支撑。
原文链接：
Water Research：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0043135425021578
Nano Energy：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2026.111826
Advanced Functional Materials：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.75555
