Core–Shell MOF Heterostructure Films with Boosted Charge Trapping for High-Performance Triboelectric Nanogenerators

摩擦电效应 材料科学 石墨烯 纳米技术 异质结 灵活性(工程) 储能 光电子学 复合数 电荷(物理) 数码产品 氧化物 功率密度 电压 工程物理 功率(物理) 俘获 能量收集 光伏系统 柔性电子器件 能量转换 晶体管 纳米孔 电流(流体) 电气工程 薄膜 超级电容器
作者
Shounian Cheng,Jiandan Liang,Yudong Wang,Wen Jiang,Yawen Yuan,Haixin Li,Zhi Huo,Yang Tao,Yandong Chen,Xia Cao
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:18 (4): 7605-7618
标识
DOI:10.1021/acsami.5c22284
摘要

Conventional triboelectric nanogenerators (TENGs) often suffer from limited charge transfer efficiency, restricting their practical integration into self-powered systems and on-demand energy storage units. To address this, we design a high-performance TENG based on an Ecoflex/GO-ZIF-8@ZIF-67 composite film (ZE-TENG), where core–shell ZIF-8@ZIF-67 metal–organic frameworks anchored on graphene oxide serve as multifunctional fillers. This structure synergistically enhances interfacial polarization, introduces hierarchical charge trapping sites, and elevates surface roughness, collectively improving charge separation and accumulation. Under optimized conditions (1.5 wt % filler, 3 Hz), the ZE-TENG delivers an exceptional output of 327.7 V, 47.8 μA, and a maximum power density of 5.75 W·m–2 at 8 MΩ, with a 183.3% enhancement in short-circuit current over the pure Ecoflex-based device. Moreover, the composite film exhibits remarkable flexibility (up to 1450% tensile strain), high-temperature endurance (200 °C), and excellent acid/alkali resistance, ensuring reliable operation under harsh conditions. These features underscore its strong potential as a sustainable energy source for powering smart wearables, industrial sensors, and other electronics in conjunction with energy storage components.
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