河南师范大学高书燕教授团：一种新型3D打印自供电EF降解系统

供稿人:刘哲峰、李涤尘
供稿单位：机械制造系统工程国家重点实验室　

基于摩擦纳米发电机（TENG）构建的自驱动电化学系统在电化学领域不断地有新突破，并且展现出巨大的应用前景。但随着研究的不断的深入，仍存在一些问题需要解决。尤其是复杂的TENG器件结构会增加其制造过程的繁琐程度，费时费力。自驱动能量源在实际应用中随着TENG器件的位置呈现分布式的特点，给大规模并网带来困难或造成不必要的能量损失。

河南师范大学高书燕教授团队引入了3D打印技术来解决TENG器件的制作问题。将3D打印的柔性多层摩擦纳米发电机（PFM-TENG）与N掺杂多孔碳材料作为EF阴极催化剂进行深度结合，构建了一种新型自供电EF降解系统。该PFM-TENG具有简单的多层结构，但具有较高的输出特性，Voc、Isc、Qtr、Pdendity分别为450.0 V、1.9 mA、2.9 μC和5.1 W m-2。

(a) PFM-TENG基本结构和制作过程；(b) 自然状态下组装的PFM-TENG的实物图； (c) 压缩和轻微扭曲的状态下的实物图;(d) PFM-TENG工作机理示意图 图1 PFM-TENG的基本结构和制作过程

(a) 随摩擦单元数量增加的短路电流Isc；(b) 随摩擦单元数量增加的电荷转移量Qtr；(c) 随摩擦单元数量增加的开路电压Voc；(d) 随着连接负载的增加，PFM-TENG的输出功率密度；(e) 变压后的Voc；(f)由整流器系统处理后的Isc; 图2 PFW-TENG的输出性能
这项工作通过N掺杂碳催化剂设计和3D打印摩擦电纳米发电机的深度融合，实现了橙IV和结晶紫的高效降解，这不仅为制备催化活性可控的N掺杂碳催化材料提供了思路，同时也提出了一种创新方案，以自驱动、数字化、批量生产、分布式和环保的方式布局面向未来的EF降解系统，甚至其他电化学系统。

参考文献：
3D printed triboelectric nanogenerator self-powered electro-Fenton degradation of orange IV and crystal violet system using N-doped biomass carbon catalyst with tunable catalytic activity（Nano Energy， 83（2021）105824，DOI:10.1016/j.nanoen.2021.105824）