中原工学院邵志超/米立伟CCR：用于摩擦纳米发电机的功能性金属/共价有机框架材料

近日，中原工学院邵志超/米立伟课题组对应用于摩擦纳米发电机的晶态多孔材料（金属有机框架材料和共价有机框架材料）进行了详尽的综述。该成果以“Functional metal/covalent organic framework materials for triboelectric nanogenerator”为题发表在国际知名化学期刊Coordination Chemistry Reviews上。

摩擦纳米发电机（TENG）作为一种全新的能源转换技术，能够将自然界中存在的多种形式的机械能转变为电能，被看作可持续电源的候选者用于小型电子设备的自供电系统。如何提高TENG 的输出性能已成为目前该领域国内外的研究热点之一。根据麦克斯韦理论，TENG 的输出性能取决于摩擦层的表面电荷密度。因此，开发新型、高效的摩擦发电材料是有效改善输出性能的重要途径。近年来，多孔晶体材料（COF，MOF）由于其独特的结构的可调性，也被深入研究以改善TENG的性能。

图1功能性晶态多孔材料用于摩擦电纳米发电机

晶态多孔材料提高TENG的性能的原因如下：（1）具有高度有序特征的晶态多孔材料可以准确地建立结构-性能关系，为高性能摩擦电材料的设计提供指导。（2） 多孔晶体材料中均匀的金属节点和高孔隙率促进了更多的电荷转移和存储。（3） 通过掺杂多孔晶体材料可以提高聚合物复合材料的表面电位、粗糙度和介电常数。（4） 多孔晶体材料也为TENG带来了更多的功能，并促进了其在特定领域的应用。本文从两个角度分析了多孔晶体材料的优越性：（I）直接将COFs或MOFs设计为摩擦电材料；（二） MOFs或其衍生材料与聚合物结合作为摩擦电材料。

图2 多孔晶体材料的摩擦发电示意图。

目前，基于晶态多孔材料的TENG研究仍然缺乏对大规模能量收集和相关机制的系统研究，包括成分变化、界面形成和多组分的潜在协同效应；新型结构在TENG领域的合成和应用仍然较少；另外，大规模生产技术尚未出现。未来的工业化和批量生产仍然存在稳定性差、制造成本高和制备工艺复杂的问题，这是由于原始材料的合成和复合膜的制备仍处于实验室阶段。

这篇文章综述了近年来基于多孔晶体材料的摩擦纳米发电机的常见应用。全面分析挖掘了各种COFs、MOFs、MOFs衍生物和MOFs复合物在增强TENG性能方面的优势，在电子水平上阐述并介绍了基于多孔晶体材料的TENG的内在机制。这篇综述不仅为高性能摩擦纳米发电机的设计提供了参考和依据，还详细阐述了多孔晶体材料在多功能TENG中的挑战和发展前景，并展望了未来的研究方向。

文章的第一作者为中原工学院青年教师邵志超博士和研究生陈军帅，通讯作者为中原工学院米立伟教授，中原工学院为唯一通讯单位。

论文信息：

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

文章链接

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

本文由作者供稿

通讯作者简介

邵志超，博士，讲师，硕士生导师。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 等杂志上发表论文40余篇。授权国家发明专利4项。

米立伟，博士，教授，博士生导师。中原“千人计划”—中原科技创新领军人才，河南省高层次 B 类人才，河南省科技创新杰出青年，河南省创新团队带头人，河南省功能盐材料重点实验室主任，功能性盐产品河南省工程实验室主任。主要研究方向为：1）功能性盐产品开发；2）储能材料与器件；3）MOF/COF 设计与性能调控。发表 SCI 收录论文 200 余篇，其中 ESI 高被引论文 8 篇，被引用 5425 次；授权国家发明专利 21 件；出版学术专著 2 部