近日，中國科學(xué)院海洋研究所在水滴能量捕獲與腐蝕防護結(jié)合方面取得新進展，科研人員基于改性MXene/SiO2的摩擦納米發(fā)電機（TENG），收集各種形式水滴能量并作為獨立電源為金屬提供電化學(xué)陰極保護，相關(guān)研究成果在國際學(xué)術(shù)期刊Chemical Engineering Journal發(fā)表。 

水能開發(fā)一直是能源領(lǐng)域的重要研究方向之一。收集波浪、雨滴等各種水滴中的能量是一種綠色的能量利用手段，近年來取得了重要的研究進展。TENG是基于摩擦起電和靜電感應(yīng)的耦合技術(shù)，水本身是一種摩擦材料，當(dāng)與聚合物介電材料表面接觸摩擦?xí)r，可以使表面帶電，形成固液TENG結(jié)構(gòu)，具有環(huán)境適應(yīng)性強、持久性強的優(yōu)點。將其應(yīng)用于陰極保護可以很好地解決傳統(tǒng)陰極保護存在的環(huán)境依賴性、資源浪費等問題，為電化學(xué)腐蝕防護綠色化提供便利的能量來源。 

本研究面向分布式水滴能量收集，開發(fā)了具有可獨立供能的摩擦納米發(fā)電機陰極保護系統(tǒng)，以增強復(fù)合介電層對電荷的捕獲和存儲能力為切入點，開發(fā)了MXene/SiO2@PDMS復(fù)合介電層材料。通過MXene搭配SiO2改性聚二甲基硅氧烷，形成的聚合物具有高電負性和導(dǎo)電性，增強了復(fù)合介電層中電子的存儲深度和表面電荷密度，輸出性能得到了顯著提升。在此基礎(chǔ)上設(shè)計了固液TENG新型陰極保護系統(tǒng)，對金屬材料進行陰極保護后腐蝕速度明顯降低，金屬材料受到了良好的保護，為固液TENG在電化學(xué)陰極保護領(lǐng)域的實際應(yīng)用提供了有益的指導(dǎo)。 

固液TENG的摩擦起電機制和材料改性示意圖 

固液TENG電化學(xué)腐蝕防護應(yīng)用和效果評價

論文第一作者為中國科學(xué)院海洋研究所碩士研究生王明星，通訊作者為王秀通研究員。研究得到了國家重點研發(fā)計劃、山東省重點研發(fā)計劃、工信部高技術(shù)船舶科研項目等基金項目的支持。 

論文網(wǎng)址： https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.146832