摩擦電納米發(fā)電機(jī)（TENG）作為一種可持續(xù)電源，能夠充分利用自然環(huán)境中的機(jī)械摩擦能源，如風(fēng)能、波浪能等，并且持續(xù)輸出電子。通過選擇合適的摩擦電材料、電荷注入、形態(tài)控制和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以有效地提高TENG輸出性能。其中，通過摩擦電材料的選擇可以優(yōu)化其表面電荷密度，從而改善TENG的輸出性能。
共價(jià)有機(jī)框架材料（Covalent Organic Frameworks，COFs）是一類新型的由C、H、O、N等輕質(zhì)元素通過共價(jià)鍵連接的晶態(tài)有機(jī)多孔聚合物。COFs具有密度小、比表面積大、化學(xué)及熱穩(wěn)定性好、高度的單體可設(shè)計(jì)性、網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的多樣性及可調(diào)節(jié)性，這些特點(diǎn)為開發(fā)摩擦電材料提供廣泛的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。然而，基于聚合物和COFs復(fù)合材料作為摩擦電材料，并應(yīng)用于在TENG器件的研究尚未見報(bào)道。
近日，中原工學(xué)院先進(jìn)材料研究中心米立偉教授和青年教師翟黎鵬等人報(bào)道了四種不同官能團(tuán)修飾的卟啉共價(jià)有機(jī)框架材料。在COFs骨架結(jié)構(gòu)中引入給電子(甲基，CH3)以及吸電子(氟化(2F或4F))的官能團(tuán)，可以提高摩擦電材料的表面電勢，從而優(yōu)化COF-TENGs的輸出性能。
開爾文探針測試和計(jì)算數(shù)據(jù)表明，4F-COF@PVDF具有最高的表面電位和電子親和力。因此，4F-COF-TENG的輸出電流為64 μA，開路電壓為420 V，功率密度為2858 mW/m2。最后證實(shí)了將4F-COF-TENG用于保護(hù)碳鋼免受陰極電流影響的可行性。本成果為摩擦納米發(fā)電機(jī)在金屬防腐領(lǐng)域的應(yīng)用提供了一種新的思路。 這項(xiàng)工作不僅證明了COFs是用于改善TENG性能的聚合物的有效填料，而且還提供了通過增強(qiáng)電子捕獲能力獲得優(yōu)異輸出性能的新策略。 論文信息 Covalent Organic Frameworks with Tailored Functionalities for Modulating Surface Potentials in Triboelectric Nanogenerators Chao Lin, Linhai Sun, Xutong Meng, Xin Yuan, Dr. Cheng-Xing Cui, Dr. Huijie Qiao, Dr. Pengjing Chen, Dr. Siwen Cui, Dr. Lipeng Zhai, Prof. Liwei Mi Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202211601
