界面摩擦電荷的有效控制與利用是摩擦電器件以及新型傳感技術(shù)的重要基礎(chǔ)。近日，中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所潤(rùn)滑材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室王道愛研究員團(tuán)隊(duì)在摩擦電荷存儲(chǔ)／耗散的調(diào)控及其應(yīng)用等研究取得系列進(jìn)展。

摩擦起電過程中產(chǎn)生的電荷會(huì)瞬時(shí)存儲(chǔ)在電介質(zhì)表面，進(jìn)而被兩種不同類型的陷阱（淺陷阱和深陷阱）捕獲。其中，淺陷阱中的電荷容易逸出，優(yōu)先耗散到環(huán)境中，而深陷阱中的電荷則因?yàn)闃O難逸出，可長(zhǎng)期儲(chǔ)存。因此，影響摩擦層電荷耗散率的關(guān)鍵因素是陷阱捕獲電荷和被捕獲電荷的逃逸能力。基于此，該團(tuán)隊(duì)通過系統(tǒng)研究，揭示了載流子深陷阱在摩擦電荷存儲(chǔ)中的機(jī)制，通過分子自組裝技術(shù)在織物摩擦層界面構(gòu)建載流子深陷阱的方式增加TENG的電輸出，將該織物TENG用于物聯(lián)網(wǎng)可穿戴電子設(shè)備的電源模塊，實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定控制。相關(guān)研究成果發(fā)表在Advanced　Materials（2024，2303389）上。

圖1．　PET　織物中構(gòu)建深層陷阱的策略

近日，研究團(tuán)隊(duì)與新加坡科學(xué)技術(shù)研究局的科研人員合作，在界面電荷利用方面做出新突破，利用單原子銅錨定的聚合物碳氮化物催化劑和季銨化纖維素納米纖維成功實(shí)現(xiàn)了接觸電催化CO₂還原，生成CO的法拉第效率達(dá)到96.24?。?/span>。季銨化纖維素納米纖維由于含豐富的羥基，可在高濕度環(huán)境中與水分子形成氫鍵，固定水分子并參與接觸帶電并發(fā)生氧化反應(yīng)，導(dǎo)致氧氣和質(zhì)子的產(chǎn)生，參與觸電催化CO₂還原過程。這種方法在低濃度CO₂環(huán)境中能高效地將其轉(zhuǎn)化為CO，為減少大氣CO₂排放和推進(jìn)化學(xué)可持續(xù)性策略提供了一種解決方案。

相關(guān)研究成果以“Contact－electro－catalytic　CO₂　reduction　from　ambient　air”為題發(fā)表在Nature　Communications（2024，15，5913）上，新加坡科技研究局王楠楠博士為論文第一作者，蘭州化物所王道愛研究員和新加坡科技局葉恩毅、李子標(biāo)為共同通訊作者。

圖2．　接觸電催化CO₂還原策略

上述工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)和甘肅省重大專項(xiàng)等項(xiàng)目的支持。