淡水短缺和能源短缺是现阶段困扰人类的两大难题。自然界拥有丰富的太阳能资源和水资源,如何利用好水中的能源一直是研究者们关注的焦点。近年来,纳米材料的发展将水能的利用带入纳米领域,越来越多的纳米水伏发电机被研制出来,实现了水（多种形式）与纳米材料相互作用产生电能,但是它们大都基于石墨烯、碳纳米管等纳米材料,不利于大规模实际应用。因此本论文从水伏效应的实际应用出发,一方面,以产量大成本低廉便于大规模应用的生物质柚子皮碳材料为基础,构建了高柔性高稳定性高产电性能的水伏发电器件,并将该器件用于皮肤贴片的自驱动传感,为新型水伏发电器件的设计提供了新的方法和理论依据;另一方面,基于柚子皮碳材料良好的光热转换性能,设计制造了多级太阳能光热电集成系统,由柚子皮碳材料吸收太阳光转换为热能,使海水蒸发,随后利用多级装置实现蒸汽焓的循环利用,同时利用蚕丝基湿度发电器件进行发电,最终实现同时获得饮用水和电能的目标,实现了太阳能的超高效利用。主要研究内容和研究结果如下:（1）以生物质废弃物柚子皮为原料,制备了疏松多孔的柚子皮碳颗粒,然后对其进行表面改性处理。基于柚子皮碳材料制备了持续供水、滴水供水的水伏发电机,拓宽了水伏发电的应用场景。采用一端持续供水的模式下,器件能够产生0.15V的开路电压,持续超过2天;采用一端滴模拟汗液的供水模式下,器件能够产生0.2 V的开路电压持续50分钟。针对水源受限的问题,进一步制备了湿度发电器件,实现了从空气中吸取水分从而供给器件发电。氯乙酸处理后的柚子皮碳与PSSA复合制备的湿度发电器件,在70%的环境湿度条件下最高可以持续输出0.5 V的开路电压,持续超过10小时。（2）设计并制备了集柚子皮水伏发电器件、湿度发电器件、温度传感器和微流控集汗孔道于一体的集成化汗液监测皮肤贴片。实验结果表明该皮肤贴片能够自驱动监测汗液流速,水伏发电器件对监测人体汗液p H值具有灵敏性。（3）设计并构建了集成湿度发电模块的多级太阳能蒸发系统,实现利用太阳能同时生产饮用水和电力的双功能。10级太阳能光热蒸发系统凭借柚子皮碳材料的优异光热性能以及多级蒸汽潜热的循环利用达到了2.79 L·m-2·h-1)的水生产速率（187%的光热转换效率）。同时,利用第7级产生的高湿度,位于第8、9、10级蚕丝基湿度发电器件能够产生80 m V的电压,并可持续8小时之久。