中原工学院邵志超CCR：MOFs基摩擦纳米发电机在自供电系统中的应用与优势
近日，中原工学院邵志超课题组对MOFs基摩擦纳米发电机方面的研究进行了详尽的综述和展望。该成果以“Applications and Advantages of MOFs-Based Triboelectric Nanogenerators for Self-Powered System”为题发表在国际知名化学期刊Coordination Chemistry Reviews上。摩擦纳米发电机自2012年首次报道以来，因其能够通过摩擦极化和静电感应的协同作用将机械能高效转化为电能而引起了研究人员的极大关注。为了提高TENG的输出性能，2019年金属有机骨架（MOFs）材料被首次引入TENG作为电极材料。与传统的聚合物材料相比，MOFs材料具有结构精确可控、性能可灵活调节等优点，可作为研究结构与性能关系的平台，并为探索摩擦电子的产生与转移机制提供有力支持。在短短几年内，已有超过70例关于将MOF用作摩擦纳米发电机的报道，这些MOFs不仅增强了摩擦纳米发电机的性能，还将其与电容器、传感器和小型电子设备相结合，极大地扩展了摩擦纳米发电机在水净化和光催化等领域的应用。这篇文章综述了近年来基于MOFs材料的摩擦纳米发电机的常见应用。重点在于MOFs材料在提高输出性能和应用方面的优势。探讨了通过MOF材料增强摩擦能量生成的策略，包括金属节点的电子耦合效应、官能团的感应效应、复合材料的协同效应以及衍生物的电荷增强效应，从而改变材料内的介电性、功函数、电子离域性和量子自旋。其次，总结了基于MOF的TENG在五个应用领域的应用探索：传感器、催化、自供电防腐、能量存储和柔性可穿戴电子设备。尽管MOFs在构建摩擦纳米发电机方面展现出了巨大的潜力，但基于MOF的摩擦电极材料仍远远无法满足构建高性能摩擦纳米发电机的要求。有必要提高 MOFs材料的介电和导电性能，以加速摩擦电子的产生和传输。选择具有高能量电子、氧化还原活性配体以及掺入无机或有机物质的金属节点是改善材料性能的有效方法。其次，除了增强其电学性能外，提高MOFs材料的稳定性对于使其适应广泛的应用场景至关重要。总之，高性能MOFs基TENG的成功开发将有助于实现自供电传感技术的集成，实现光-机械-电耦合，并推动其在柔性可穿戴设备、微型医疗设备和环境适应型能源系统等领域的广泛应用。文章的第一作者为中原工学院硕士研究生程浩然，通讯作者为中原工学院邵志超副教授，中原工学院为第一通讯单位。邵志超，博士，副教授，硕士生导师，河南省青年骨干教师。2020年毕业于郑州大学，获博士学位，同年任职中原工学院先进材料研究中心，主要研究方向为功能多孔材料在能源和环境方面的应用。在J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Coord. Chem. Rev.、 Chem. Mater.、Chem. Sci.、 Chem. Eng. J., J. Mater. Chem. A, Chem. Commun.、J. Hazard. Mater.、ACS Appl. Mater. Interfaces 等杂志上发表论文50余篇。授权国家发明专利7项，主持完成省部级项目3项。Haoran Cheng, Zhichao Shao, Long Li, Weibing Liu, Yi Wei, Qiong Xie, Applications and advantages of MOFs-based triboelectric nanogeneratorsfor self-powered system, Coordination Chemistry Reviews 486 (2023) 215118https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0010854525002784?via%3Dihub声明：仅代表作者个人观点，作者水平有限，如有不科学之处，请在下方留言指正！