中原工學院邵志超/米立偉CCR：用于摩擦納米發電機的功能性金屬/共價有機框架材料

近日，中原工學院邵志超/米立偉課題組對應用于摩擦納米發電機的晶態多孔材料（金屬有機框架材料和共價有機框架材料）進行了詳盡的綜述。該成果以“Functional metal/covalent organic framework materials for triboelectric nanogenerator”為題發表在國際知名化學期刊Coordination Chemistry Reviews上。

摩擦納米發電機（TENG）作為一種全新的能源轉換技術，能夠將自然界中存在的多種形式的機械能轉變為電能，被看作可持續電源的候選者用于小型電子設備的自供電系統。如何提高TENG 的輸出性能已成為目前該領域國內外的研究熱點之一。根據麥克斯韋理論，TENG 的輸出性能取決于摩擦層的表面電荷密度。因此，開發新型、高效的摩擦發電材料是有效改善輸出性能的重要途徑。近年來，多孔晶體材料（COF，MOF）由于其獨特的結構的可調性，也被深入研究以改善TENG的性能。

圖1功能性晶態多孔材料用于摩擦電納米發電機

晶態多孔材料提高TENG的性能的原因如下：（1）具有高度有序特征的晶態多孔材料可以準確地建立結構-性能關系，為高性能摩擦電材料的設計提供指導。（2） 多孔晶體材料中均勻的金屬節點和高孔隙率促進了更多的電荷轉移和存儲。（3） 通過摻雜多孔晶體材料可以提高聚合物復合材料的表面電位、粗糙度和介電常數。（4） 多孔晶體材料也為TENG帶來了更多的功能，并促進了其在特定領域的應用。本文從兩個角度分析了多孔晶體材料的優越性：（I）直接將COFs或MOFs設計為摩擦電材料；（二） MOFs或其衍生材料與聚合物結合作為摩擦電材料。

圖2?多孔晶體材料的摩擦發電示意圖。

目前，基于晶態多孔材料的TENG研究仍然缺乏對大規模能量收集和相關機制的系統研究，包括成分變化、界面形成和多組分的潛在協同效應；新型結構在TENG領域的合成和應用仍然較少；另外，大規模生產技術尚未出現。未來的工業化和批量生產仍然存在穩定性差、制造成本高和制備工藝復雜的問題，這是由于原始材料的合成和復合膜的制備仍處于實驗室階段。

這篇文章綜述了近年來基于多孔晶體材料的摩擦納米發電機的常見應用。全面分析挖掘了各種COFs、MOFs、MOFs衍生物和MOFs復合物在增強TENG性能方面的優勢，在電子水平上闡述并介紹了基于多孔晶體材料的TENG的內在機制。這篇綜述不僅為高性能摩擦納米發電機的設計提供了參考和依據，還詳細闡述了多孔晶體材料在多功能TENG中的挑戰和發展前景，并展望了未來的研究方向。

文章的第一作者為中原工學院青年教師邵志超博士和研究生陳軍帥，通訊作者為中原工學院米立偉教授，中原工學院為唯一通訊單位。

論文信息：

Zhichao Shao, Junshuai Chen, Qiong Xie, Liwei Mi, Functional metal/covalent organic framework materials for triboelectric nanogenerator, Coordination Chemistry Reviews 486 (2023) 215118

文章鏈接

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0010854523001078

本文由作者供稿

通訊作者簡介

邵志超，博士，講師，碩士生導師。2020年畢業于鄭州大學，獲博士學位，同年任職中原工學院先進材料研究中心，主要研究方向為功能多孔材料在能源和環境方面的應用。在Angew. Chem. Int. Ed.、 Chem. Mater.、Chem. Sci.、 Chem. Eng. J., J. Mater. Chem. A, Chem. Commun.、J. Hazard. Mater.、ACS Appl. Mater. Interfaces 等雜志上發表論文40余篇。授權國家發明專利4項。

米立偉，博士，教授，博士生導師。中原“千人計劃”—中原科技創新領軍人才，河南省高層次?B 類人才，河南省科技創新杰出青年，河南省創新團隊帶頭人，河南省功能鹽材料重點實驗室主任，功能性鹽產品河南省工程實驗室主任。主要研究方向為：1）功能性鹽產品開發；2）儲能材料與器件；3）MOF/COF 設計與性能調控。發表?SCI 收錄論文 200 余篇，其中 ESI 高被引論文 8 篇，被引用 5425 次；授權國家發明專利 21 件；出版學術專著 2 部