近日，国际学术期刊Nano Energy（IF=19.069）在线刊发了题为“Synergistic effects of charge transport and trapping in tribomaterials for boosted triboelectric nanogenerators”的文章，报道了中国科学院海洋所在绿色能源电化学腐蚀防护研究的最新研究成果。
金属腐蚀严重影响海洋钢结构服役寿命，电化学防护是延长金属服役年限的重要手段。然而传统的阴极保护存在着能源和资源浪费、环境污染等问题，为了解决这一难题，开发新型清洁能源实现电化学腐蚀防护过程绿色化势在必行。近年来，摩擦纳米发电机（TENG）可以收集和捕获周围环境中的机械能，并能将其转化成电能已引起广泛关注，TENG技术基于不同材料之间的接触起电和静电感应耦合效应，具有材料可用性广、重量轻、成本低、低频能量转化效率高等优点。海洋环境中存在丰富的可利用的机械能，如风能、波浪能、潮汐能等，这为利用TENG实现电化学腐蚀防护绿色化提供了便利的能量来源。
本研究从推动实现电化学腐蚀防护过程绿色化出发，面向海洋波浪能利用，开发了具有可独立供能的摩擦纳米发电机阴极保护系统。聚焦复合电介质的电荷转移机制，综合考虑电荷产生、传输、俘获和耗散等因素，设计了三聚氰胺泡沫(MF)/MXene/Ecoflex@TiO2和MXene/PDMS复合电介质材料。该复合电介质中MXene的均匀分布使得复合材料具有较强的电负性和导电性，并能形成大量的微电容，有利于复合电介质中表面电荷的生成、转移和保持。另外，TiO2纳米管阵列薄膜的高介电性能和电子俘获能力的双重功能有利于提升电学性能的输出。在上述工作的基础上设计了可将周围环境中机械能转化为电能的TENG，并组建了新型阴极保护系统，展示了其在电化学领域的应用潜力。同时，研究团队设计了一种以K3[Fe (CN)6]为指示剂的原位微电解池观察系统，对阴极保护效果进行评价。研究结果表明，TENG可作为独立电源提供电化学阴极保护。本研究为高性能摩擦纳米发电机复合介质的开发提供了有益的指导，提升了其在电化学阴极保护领域的潜在应用价值。
论文第一作者为中国科学院海洋所博士生南有博，通讯作者为研究员王秀通。研究得到了国家重点研发计划、山东省重点研发计划、工信部高技术船舶科研项目等基金项目的支持。
相关成果：
[1] Youbo Nan, Xiutong Wang*, Hui Xu, Yan Wu, Hui Zhou, Yanan Sun, Teng Yu, Yanliang Huang, Synergistic effects of charge transport and trapping in tribomaterials for boosted triboelectric nanogenerators, Nano Energy, 2023, 110, 108345
[2] Hui Xu, Xiutong Wang*, Jianmin Niu, Youbo Nan, Jiayan Pu, Hui Zhou, Jizhou Duan, Yanliang Huang, Baorong Hou, Construction of MXene/PDMS-Based Triboelectric Nanogenerators for High-Performance Cathodic Protection. Advanced Materials Interfaces, (Back Cover Paper), 2022, 2102085 (https://doi.org/10.1002/admi.202102085)
