化石燃料的消耗引起生态问题及全球变暖，为此亟需开发可再生能源和能源收集新技术。自 2012 年问世以来，摩擦电纳米发电机 (TENG) 在能量收集领域占据革命性地位。与传统电源系统相比，TENG制造工艺简单，具有明显的成本效益优势，并可与其他能量收集技术（例如压电或电磁能量收集）集成，展现出巨大的应用前景。然而，制备耐用、高弹、输出性能优异的TENG摩擦层材料具有挑战性。针对此需求，东华大学廖耀祖/孟楠团队提出“溶胶-凝胶可控转变”设计策略，制备高机械强度、高弹性、高比表面积的一体成型共轭微孔聚合物气凝胶（CMPA），得益于CMPA 的共轭电子传输特性及气凝胶骨架结构，基于CMPA的TENG表现出优良的机械力敏感性和出色的电学输出，可为微电子设备充电，并可作为自供电传感器感知人体运动。

该研究中CMPA 通过 1,3,5-三(4-乙炔基苯基)-苯和 1,4-二溴苯之间的 Sonogashira-Hagihara 偶联反应制得（图1），所得 CMPA 由空心缠绕的纳米管组成，可通过改变单体比例调控其表面粗糙度和共轭程度（图2）。使用表面最粗糙的CMPA组装的TENG器件表现出最优越的电学输出性能（Voc: 72 V，Isc: 3.2 μA，Q: 48 nC），并能在10,000次循环后性能稳定保持（图3）。研究工作以“Monolithic Conjugated Microporous Polymer Aerogel for Triboelectric Nanogenerator”为题，发表在《Advanced Functional Materials》上，文章第一作者是东华大学孟楠副研究员，通讯作者为廖耀祖教授。

图1. CMPA制备及形貌形成示意图

图2. CMPA形貌表征

图3. 基于CMPA的TENG电学输出性能表征

图4. CMPA的供电及传感应用演示

此外，基于 CMPA 的 TENG 被证明在监测人体运动（如手指敲击、握力放松和脚步踩踏）以及充电电容器、商用 LED 和便携式微电子设备等应用中具有广阔的前景（图4）。这项工作不仅展示了一体式共轭微孔聚合物材料的制备，而且展示了高性能气凝胶基TENG的设计，从而更好地解决能源利用问题。该研究工作获得国家自然科学基金委、科技部、教育部、上海市科学技术委员会、上海市教育委员会的资助。

论文信息：
N. Meng, Y. Zhang, W. Liu, Q. Chen, N. Soykeabkaew, Y. Liao, Monolithic Conjugated Microporous Polymer Aerogel for Triboelectric Nanogenerator. Adv. Funct. Mater. 2024, 2313534.

（来源：高分子科学前沿）