以下文章来源于微纳传感与柔性电子 ，作者宫商角徵羽的羽
研究背景
设计具有高摩擦电材料是提高摩擦电纳米发电机(TENG)输出性能的有效途径。已经报道了通过选择合适的摩擦电材料、电荷注入、形态控制和结构设计来提高TENG性能，其中，通过增加表面电荷密度可以从根本上提高TENG性能。由于聚合物的柔韧性、光滑度和强带电能力，这种策略通常仅限于摩擦电系列中的传统材料，这些材料主要由少数金属和聚合物组成。然而，对聚合物进行功能化和改性具有挑战性，因此，需要探索多功能材料。目前，尚未报道在TENG器件的聚合物基板中使用COF作为填料。
研究亮点
最近，中原工学院先进材料研究中心翟黎鹏和米立伟等人报道了四种介于给电子和吸电子之间的不同官能团修饰的基于卟啉的共价有机框架(COF)，它们孔通道中具有从给电子(甲基，CH3)到吸电子(氟化(2F或4F)构建单元)的四种不同官能团，通过引入给电子或吸电子基团可以提高COF的表面电位和电子亲和力。为开发高性能TENG，将这些COF独立用作聚偏二氟乙烯(PVDF)的功能性填料，将甲基或氟化基团连接到COF的骨架上可以改变所合成COF材料的摩擦极性。开尔文探针测试和计算数据表明，合成的4F-COF的具有最高的表面电位和电子亲和力,因此，4F-COF-TENG提供了最大的瞬时输出开路电压为420 V，短路电流为64 μA，功率密度为2858 mW/m2。最后，COF-TENG 被证明是用于保护碳钢阴极的有效电源。这项工作不仅证明了COF是一种有效的聚合物填料，而且还提供了一种通过提高电子捕获能力来获得优TENG输出性能的新策略。相关成果以“Covalent Organic Frameworks with Tailored Functionalities for Modulating Surface Potentials in Triboelectric Nanogenerators”为题发表在Angew. Chem. Int. Ed.上。
图文解析
图1 具有可调功能(CH3、H、2F 和 4F)的二维卟啉COF的合成示意图
图2 (a) H-COF@PVDF, (b) CH3-COF@PVDF, (c) 2F-COF@PVDF和(d) 4F-COF@PVDF的开尔文探针电势图
TENG由聚偏二氟乙烯(PVDF)和作为摩擦电对的COF@PVDF复合膜组成。所有COF@PVDF薄膜均使用COF作为PVDF的填料。不同COF@PVDF薄膜器件表面电势遵循顺序：4F-COF@PVDF(583 mV) > 2F-COF@PVDF(534 mV) > CH3-COF@PVDF(461 mV) > H-COF@PVDF(453 mV)。
图3 基于COFs的垂直接触分离模式TENGs的工作原理
图4 基于不同COF-TENG的输出性能比较
四种COF-TENG的电输出电压，与表面电势一致，电压遵循趋势：4F-COF-TENG(420 V) > 2F-COF-TENG(383 V) > CH3-COF-TENG(330 V) > H-COF-TENG (248 V)。值得注意的是，与其他报道的材料相比，4F-COF-TENG 表现出优异的功率密度。4F-COF-TENG可通过桥式整流电路为100 μF电容器充电。
图5 (a) H-COF、(b) CH3-COF、(c) 2F-COF和(d) 4F-COF的静电势分布和电子亲和力
通过计算每种COF的电子亲和力，以进一步了解 COF的官能团与TENG输出性能之间的关系。当吸电子基团掺入COFs的骨架中时，COFs的电子亲和力增加。并且电子亲和力呈现4F-COF > 2F-COF > H-COF-TENG的趋势。此外，对这四种COFs的静电势分布进行了研究，其中正负静电势区域分布在卟啉和官能团(H、CH3、2F和4F)的氮原子周围。这四种COF的极化与COF-TENG的表面电位和输出性能表现出相似的趋势。值得注意的是，4F-COF在这四种COF中显示出最强的骨架极化。因此，电子和电荷更容易在4F-COF-TENG器件上产生和传输，与表面电势和输出性能结果匹配良好。
图6 基于自供电阴极保护的4F-COF-TENG协同防腐系统
由于其出色的输出性能，最终证明了4F-COF-TENG可用于保护碳钢免受阴极电流的影响。
原文信息
Chao Lin, Linhai Sun, Xutong Meng, XinYuan, Cheng-Xing Cui, Huijie Qiao, Pengjing Chen, Siwen Cui, Lipeng Zhai,*and Liwei Mi*, Covalent Organic Frameworks with Tailored Functionalities for Modulating Surface Potentials in Triboelectric Nanogenerators,Angew. Chem. Int. Ed.
原文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202211601
翟黎鹏，博士，2017年9月博士毕业于日本国立分子科学研究所化学专业，主持省部级科研项目1项。以第一作者或通讯作者的身份在Angewandte Chemie International Edition，Chemistry of Materials, ACS Materials Letters, Chemical Communications, Chemistry-A European Journal等国际主流期刊上均有发文。
米立伟，博士、教授，河南省新型盐产品研发中心主任、河南省盐产业技术研究院(筹)院长、中原工学院先进材料研究中心主任（正处级），中原工学院硕士生导师、郑州大学硕士研究生兼职导师。长期从事结晶化学、纳米加工和储能材料等方面的研究，发表被SCI收录论文197篇，其中ESI高被引论文8篇，被引用5416次，h因子40；授权国家发明专利21件；出版学术专著2部。围绕营养健康盐、日用洗化盐、美化装饰盐、工程建筑盐开发出系列功能性盐产品，相关研究成果受到《中国科学报》、《科学网》、《河南日报》、《大河网》、《河南电视台》、《新浪网》等多家媒体的持续关注。
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