纳米科技与新能源材料是人类在21世纪的两大重点研究领域，基于摩擦起电和静电感应原理的摩擦纳米发电机(TENG)由于其成本低、设计简便和对低频能量的高效转换等特性，在能量采集、电子器件和传感器等方面得到了广泛的应用。但到目前为止，人们所研发的TENG输出电流较低，从而限制了它的进一步应用。近日，青岛科技大学高分子学院王存国、贺爱华教授团队在超高电流输出的摩擦纳米发电机方面取得系列进展，指导硕士研究生祝鹏浩（第一作者）与中科院苏州纳米所李奇、刘立伟两位研究员课题组联合研发，制作出能产生超高输出电流的UIO-66、UIO-66-NO2和UIO-66-NH2系列电极材料的摩擦纳米发电机，输出电流高达50.0μA，是目前国际上摩擦纳米发电机最高输出电流的数倍，应用于电化学阴极保护法，在海水碳钢防腐方面取得了良好实验效果，团队相关研究成果在美国化学会(ACS)著名学术期刊Nano Energy (2023, 1, 108195，IF=19.069，中科院1区，Doi:10.1016/j.nanoen.2023.108195)以Ultrahigh current output from triboelectric nanogenerators based on UIO-66 materials forelectrochemical cathodic protection为题发表，青岛科技大学为第一合作单位，王存国教授和李奇研究员为共同通讯作者，该工作得到了国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、山东省重大创新工程及山东省潍坊市高层次创新创业人才基金等资助。
Figure 1(a) Schematic showing the 3D structure of UX-TENG. (b) Working principleand short circuit current output of UX-TENG. (c, d) COMSOL simulation for electricalpotential changes in UX-TENG during the application of force which changes thedistance between the two layers as (c) x=0.5 mm and (d) x=1.5 mm.
文中采用UIO-66、UIO-66-NO2和UIO-66-NH2系列材料构建了新型高效摩擦纳米发电机，其中-硝基(-NO2)和氨基(-NH2)的引入显著改变了材料的费米能级，使摩擦纳米发电机的两极板在接触过程中能够产生和转移更多电子，其中基于UIO-66-NH2的UNH2-TENG (15wt%)的电流输出性能优异，最大短路电流(Isc)达50.0 μA，开路电压（Voc）达210V，最大功率密度达122.5 μW·cm-2。
Figure 2Schematic diagram for cathodic protection through electrochemical activity. (a)Cathodic protection system. (b) Tafel curves for carbon steel recorded with setup in theabsence and presence of TENG. (c) EIS profiles for carbon steel and equivalent circuitdiagrams for connected and disconnected TENG. (d) Corrosion response of carbon steelconnected to different versions of TENG.
作者将制作的基于UIO-66系列材料的摩擦纳米发电机（TENG）作为阴极保护法用于海水中碳钢防腐实验，通过在海水中浸渍不同时间进行对比，结果表明，引入TENG的碳钢材料在海水中的防腐效果都明显改善，材料界面的腐蚀电位和交流阻抗都明显减小，其中引入-NH2基团材料的UNH2-TENG，碳钢在海水中的防腐效果最好，这为各种航海设备及金属防腐研究提供了新的方法和应用。
论文链接:Penghao Zhu，Zaka Ullah，Surong Zheng，Zairui Yang，Shiwei Yu，Shoupu Zhu，Liwei Liu，Aihua He，Cunguo Wang，Qi Li.Ultrahigh current output from triboelectric nanogenerators based onUIO-66 materials for electrochemical cathodic protection，2023, 1, 108195(https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2023.108195)
