Coord. Chem. Rev.：COFs作為摩擦發電材料的優勢與挑戰

摩擦納米發電機（TENG）能夠將環境中的機械能（如人體運動、風能、水流等）轉化為電能，具有結構簡單、材料選擇廣泛等優勢。其在可穿戴電子設備、環境監測和藍色能源收集等領域展現出了廣闊的應用前景。而共價有機框架材料（COFs）因其高度有序的孔道結構、巨大的比表面積和可調控的物理化學性質，在催化、傳感等光電領域展現出巨大潛力。自2020年首次將COFs引入摩擦納米發電機以來，人們對COFs電極材料的興趣與日俱增。近日，中原工學院邵志超課題組對COFs基TENG研究進行了詳細的總結與探討，該綜述發表在Coordination Chemistry Reviews上。

圖1. COFs基TENG實例

圖2. COFs基TENG結構設計策略

該工作深入探討了COFs基摩擦電材料的設計策略：（一）通過采用精準分子設計預先整合配位位點，以原子級分散的方式將金屬錨定在框架上，優化孔隙結構和框架穩定性，從而實現快速電荷移動；（二）通過引入吸電子基團或給電子基團到COFs骨架后，能夠誘導局部電子分布不對稱，調節材料的能帶結構，有效促進電荷的分離和傳輸，抑制電荷復合；（三）通過引入陽離子或者陰離子，在離子型骨架上的密集電荷中心能夠產生強烈的靜電相互作用，增強與摩擦材料接觸時的表面電荷密度和電子捕獲能力。此外，本文總結了COFs基TENG在三個領域的應用，包括自供能防腐、自供能傳感以及自供能催化領域。

圖3. COFs基TENG發展方向

盡管COFs在構建摩擦納米發電機方面展現出了巨大的潛力，但基于COFs的摩擦電極材料仍遠遠無法滿足構建高性能摩擦納米發電機的要求。本文對COFs 基TENG未來發展方向進行了展望。第一，通過模擬生物離子泵機制，在COFs中構建定向離子傳輸通道，將離子極化效率提升至新高度。第二，通過機器學習加速篩選，結合AI技術預測高電子親和力單體組合，如篩選含氟/溴單體與金屬卟啉的最優配比等，旨在為COF材料結構設計的創新提供指導，推動TENG技術的實際應用。

該研究的第一作者為中原工學院碩士研究生劉偉兵，通訊作者為中原工學院邵志超副教授，中原工學院為第一通訊單位。該研究得到了國家自然科學基金的支持。

Advantages and challenges of covalent organic frameworks for triboelectric nanogenerator materials

Weibing Liu, Zhichao Shao, Xueyou Wang, Yuchen Liu, Long Li, Yi Wei

Coord. Chem. Rev.

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