科研進展
蘭州化物所界面摩擦電荷控制與利用研究獲系列進展
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的重要基礎。近日，中國科學院蘭州化學物理研究所潤滑材料重點實驗室王道愛研究員團隊在摩擦電荷存儲／耗散的調控及其應用等研究取得系列進展。
摩擦起電過程中產生的電荷會瞬時存儲在電介質表面，進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為極難逸出，可長期儲存。因此，影響摩擦層電荷耗散率的關鍵因素是陷阱捕獲電荷和被捕獲電荷的逃逸能力。基于此，該團隊通過系統(tǒng)研究，揭示了載流子深陷阱在摩擦電荷存儲中的機制，通過分子自組裝技術在織物摩擦層界面構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)網可穿戴電子設備的電源模塊，實現(xiàn)了對機械運動的穩(wěn)定控制。相關研究成果發(fā)表在Advanced Materials（2024，2303389）上。
圖1． PET 織物中構建深層陷阱的策略
近日，研究團隊與新加坡科學技術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現(xiàn)了接觸電催化CO2還原，生成CO的法拉第效率達到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，導致氧氣和質子的產生，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化為CO，為減少大氣CO2排放和推進化學可持續(xù)性策略提供了一種解決方案。
相關研究成果以“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
上述工作得到了國家自然科學基金、中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項和甘肅省重大專項等項目的支持。
