Fluorinated metal-organic framework as bifunctional filler toward highly improving output performance of triboelectric nanogenerators

摩擦电效应 材料科学 纳米发生器 填料(材料) 聚二甲基硅氧烷 复合数 复合材料 双功能 聚丙烯腈 纳米技术 聚合物 压电 生物化学 催化作用 化学
作者
Yinben Guo,Yule Cao,Zixi Chen,Li Ran,Wei Gong,Weifeng Yang,Qinghong Zhang,Hongzhi Wang
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier BV]
卷期号:70: 104517-104517 被引量:132
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2020.104517
摘要

Triboelectric nanogenerators (TENGs) with high power-generating performance always attract much attention as one emerging green energy technology. To pursue higher triboelectricity of triboelectric materials and improve output performance of TENGs, various nano/micro-materials with high charge-trapping capabilities were introduced into TENGs as fillers, but challenges remained in single functionality of the fillers. Herein, an unconventional filler, fluorinated metal-organic framework (F-MOF), with bifunctionality (both high charge-inducing and charge-trapping capabilities) was incorporated into polydimethylsiloxane (PDMS) matrix to highly improve negative triboelectricity, charge-trapping property and hydrophobicity of composite films. With such an optimized composite film and an Al foil as the triboelectric pair, TENGs were assembled and showed an 11-time increase in the output power density. The working mechanism of the F-MOF in the composite film was discussed through elaborate experimental and theoretical analysis. Besides, F-MOF fillers also worked well when other polymer matrices (Poly(vinylidene fluoride), (PVDF) silicone rubber (Si- rubber), Polytetrafluoroethylene (PTFE), Polyurethane (PU) and Polyacrylonitrile (PAN))were used as the substitutes for PDMS, proving that the F-MOF can be used as the universal filler for improving output performance of TENGs. The successful attempt to introduce MOF as a filler paved a promising way to enhance the output performance of TENGs and enlarge the materials pool to choose for TENGs.
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