摩擦電納米發(fā)電機（TENG）作為一種可持續(xù)電源，能夠充分利用自然環(huán)境中的機械摩擦能源，如風能、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)控制和結構設計，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。
共價有機框架材料（Covalent Organic Frameworks，COFs）是一類新型的由C、H、O、N等輕質(zhì)元素通過共價鍵連接的晶態(tài)有機多孔聚合物。COFs具有密度小、比表面積大、化學及熱穩(wěn)定性好、高度的單體可設計性、網(wǎng)格結構的多樣性及可調(diào)節(jié)性，這些特點為開發(fā)摩擦電材料提供廣泛的結構基礎。然而，基于聚合物和COFs復合材料作為摩擦電材料，并應用于在TENG器件的研究尚未見報道。
近日，中原工學院先進材料研究中心米立偉教授和青年教師翟黎鵬等人報道了四種不同官能團修飾的卟啉共價有機框架材料。在COFs骨架結構中引入給電子(甲基，CH3)以及吸電子(氟化(2F或4F))的官能團，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。最后證實了將4F-COF-TENG用于保護碳鋼免受陰極電流影響的可行性。本成果為摩擦納米發(fā)電機在金屬防腐領域的應用提供了一種新的思路。 這項工作不僅證明了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
