界面摩擦电荷的有效控制与利用是摩擦电器件以及新型传感技术的重要基础。近日，中国科学院兰州化学物理研究所润滑材料重点实验室王道爱研究员团队在摩擦电荷存储/耗散的调控及其应用等研究取得系列进展。

摩擦起电过程中产生的电荷会瞬时存储在电介质表面，进而被两种不同类型的陷阱（浅陷阱和深陷阱）捕获。其中，浅陷阱中的电荷容易逸出，优先耗散到环境中，而深陷阱中的电荷则因为极难逸出，可长期储存。因此，影响摩擦层电荷耗散率的关键因素是陷阱捕获电荷和被捕获电荷的逃逸能力。基于此，该团队通过系统研究，揭示了载流子深陷阱在摩擦电荷存储中的机制，通过分子自组装技术在织物摩擦层界面构建载流子深陷阱的方式增加TENG的电输出，将该织物TENG用于物联网可穿戴电子设备的电源模块，实现了对机械运动的稳定控制。相关研究成果发表在Advanced Materials（2024,2303389）上。

图1. PET 织物中构建深层陷阱的策略

近日，研究团队与新加坡科学技术研究局的科研人员合作，在界面电荷利用方面做出新突破，利用单原子铜锚定的聚合物碳氮化物催化剂和季铵化纤维素纳米纤维成功实现了接触电催化CO₂还原，生成CO的法拉第效率达到96.24 %。季铵化纤维素纳米纤维由于含丰富的羟基，可在高湿度环境中与水分子形成氢键，固定水分子并参与接触带电并发生氧化反应，导致氧气和质子的产生，参与触电催化CO₂还原过程。这种方法在低浓度CO₂环境中能高效地将其转化为CO，为减少大气CO₂排放和推进化学可持续性策略提供了一种解决方案。

相关研究成果以“Contact-electro-catalytic CO₂ reduction from ambient air”为题发表在Nature Communications（2024,15,5913）上，新加坡科技研究局王楠楠博士为论文第一作者，兰州化物所王道爱研究员和新加坡科技局叶恩毅、李子标为共同通讯作者。

图2. 接触电催化CO₂还原策略

上述工作得到了国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项和甘肃省重大专项等项目的支持。