海洋所在綠色能源電化學(xué)腐蝕防護(hù)研究取得新進(jìn)展
近日,國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Nano Energy(IF=19.069)在線刊發(fā)了題為“Synergistic effects of charge transport and trapping in tribomaterials for boosted triboelectric nanogenerators”的文章,報(bào)道了中科院海洋所在綠色能源電化學(xué)腐蝕防護(hù)研究的最新研究成果。
金屬腐蝕嚴(yán)重影響海洋鋼結(jié)構(gòu)服役壽命,電化學(xué)防護(hù)是延長(zhǎng)金屬服役年限的重要手段。然而傳統(tǒng)的陰極保護(hù)存在著能源和資源浪費(fèi)、環(huán)境污染等問題,為了解決這一難題,開發(fā)新型清潔能源實(shí)現(xiàn)電化學(xué)腐蝕防護(hù)過程綠色化勢(shì)在必行。近年來,摩擦納米發(fā)電機(jī)(TENG)可以收集和捕獲周圍環(huán)境中的機(jī)械能,并能將其轉(zhuǎn)化成電能已引起廣泛關(guān)注,TENG技術(shù)基于不同材料之間的接觸起電和靜電感應(yīng)耦合效應(yīng),具有材料可用性廣、重量輕、成本低、低頻能量轉(zhuǎn)化效率高等優(yōu)點(diǎn)。海洋環(huán)境中存在豐富的可利用的機(jī)械能,如風(fēng)能、波浪能、潮汐能等,這為利用TENG實(shí)現(xiàn)電化學(xué)腐蝕防護(hù)綠色化提供了便利的能量來源。
本研究從推動(dòng)實(shí)現(xiàn)電化學(xué)腐蝕防護(hù)過程綠色化出發(fā),面向海洋波浪能利用,開發(fā)了具有可獨(dú)立供能的摩擦納米發(fā)電機(jī)陰極保護(hù)系統(tǒng)。聚焦復(fù)合電介質(zhì)的電荷轉(zhuǎn)移機(jī)制,綜合考慮電荷產(chǎn)生、傳輸、俘獲和耗散等因素,設(shè)計(jì)了三聚氰胺泡沫(MF)/MXene/Ecoflex@TiO2和MXene/PDMS復(fù)合電介質(zhì)材料。該復(fù)合電介質(zhì)中MXene的均勻分布使得復(fù)合材料具有較強(qiáng)的電負(fù)性和導(dǎo)電性,并能形成大量的微電容,有利于復(fù)合電介質(zhì)中表面電荷的生成、轉(zhuǎn)移和保持。另外,TiO2納米管陣列薄膜的高介電性能和電子俘獲能力的雙重功能有利于提升電學(xué)性能的輸出。在上述工作的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了可將周圍環(huán)境中機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的TENG,并組建了新型陰極保護(hù)系統(tǒng),展示了其在電化學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。同時(shí),研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種以K3[Fe (CN)6]為指示劑的原位微電解池觀察系統(tǒng),對(duì)陰極保護(hù)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。研究結(jié)果表明,TENG可作為獨(dú)立電源提供電化學(xué)陰極保護(hù)。本研究為高性能摩擦納米發(fā)電機(jī)復(fù)合介質(zhì)的開發(fā)提供了有益的指導(dǎo),提升了其在電化學(xué)陰極保護(hù)領(lǐng)域的潛在應(yīng)用價(jià)值。

復(fù)合電介質(zhì)電荷傳輸和捕獲的協(xié)同效應(yīng)機(jī)制及TENG輸出性能

FME@TiO2-TENG電化學(xué)腐蝕防護(hù)應(yīng)用和效果評(píng)價(jià)
論文第一作者為中科院海洋所博士生南有博,通訊作者為研究員王秀通。研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、工信部高技術(shù)船舶科研項(xiàng)目等基金項(xiàng)目的支持。
相關(guān)成果:
[1] Youbo Nan, Xiutong Wang*, Hui Xu, Yan Wu, Hui Zhou, Yanan Sun, Teng Yu, Yanliang Huang, Synergistic effects of charge transport and trapping in tribomaterials for boosted triboelectric nanogenerators, Nano Energy, 2023, 110, 108345 (https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2023.108345)
[2] Hui Xu, Xiutong Wang*, Jianmin Niu, Youbo Nan, Jiayan Pu, Hui Zhou, Jizhou Duan, Yanliang Huang, Baorong Hou, Construction of MXene/PDMS-Based Triboelectric Nanogenerators for High-Performance Cathodic Protection. Advanced Materials Interfaces, (Back Cover Paper), 2022, 2102085 (https://doi.org/10.1002/admi.202102085)
附件下載:
魯公網(wǎng)安備37020202001323號(hào) | 古鎮(zhèn)口園區(qū)地址:青島市西海岸新區(qū)海軍路88號(hào) 南海路園區(qū)地址:青島市市南區(qū)南海路7號(hào) 科考船碼頭基地:青島市西海岸新區(qū)長(zhǎng)江東路8號(hào) |
郵編:266000 郵件:iocas@qdio.ac.cn 電話:0532-82898611 傳真:0532-82898612 |
