污染物的大量排放造成了严重的水体污染，对生态环境构成了不可估量的风险。电化学催化降解有机污染物是一种绿色、环保、不会产生二次污染的方法。而摩擦纳米发电机（TENG）是一种收集环境能量的自供电系统，在电化学污染物治理方面具有广阔的应用前景。然而，绝缘材料是目前TENG使用的主要功能材料。这种材料固有的高内阻（~MG）显著限制了它们的电流输出，从而阻碍了它们在自供电设备中的使用。

近期，中原工学院邵志超副教授、郑州大学侯红卫教授研究团队通过单晶-单晶转变实现了MOFs孔道微环境的精准调控，从而显著提升了MOFs基摩擦纳米发电机（TENG）的输出性能，并以此构建了水中有机污染物自供电降解系统。相关成果发表于Energy & Environmental Materials。

如图1所示，本文设计合成了一例孔道微环境可调控的金属有机框架材料(ZUT-10)。并且利用溶剂辅助的配体交换过程能够制备具有不同共轭程度的孔道环境，随着连接器的共轭程度增加，摩擦发电输出性能逐渐增强。

图1. 孔道微环境可调控的柱状金属有机框架晶体结构ZUT-10。

研究表明，通过调节ZUT-10孔道内的微环境，获得具有不同共轭程度桥联配体的层状骨架配位聚合物。在垂直接触分离模式下运行的摩擦纳米发电机中，具有最高共轭程度的ZUT-10-bpe@TENG在5Hz的频率下产生116.14μA的瞬时短路电流。其峰值电荷密度和功率密度分别达到146.28μC.m^-2和4531.52 mW m^-2。

图2. ZUT-10@TENG输出性能。

密度泛函理论模拟进一步证实，将有机配体引入π-共轭体系并优化其平面结构可以显著提高电子的产生和输运效率，从而显著改善摩擦发电输出性能。

图3. ZUT-10@TENG发电机制的研究。

随后，将ZUT-10-bpe@TENG用于自供电电化学降解系统，在90min内对各种有机污染物的降解率达到96%以上。

图4. ZUT-10制备的摩擦纳米发电机用于自供电降解有机污染物。

该工作全面考察了桥连配体的共轭程度对摩擦电输出的影响。ZUT-10-bpe@TENG 自供电装置在处理有机污染物方面具有显著潜力，能够为环境污染物处理提供了环保且可持续的解决方案。

本研究的第一作者为中原工学院硕士研究生李龙，通讯作者为中原工学院邵志超副教授和郑州大学侯红卫教授。中原工学院为第一通讯单位。本研究得到了国家自然科学基金的支持。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：

Channel Microenvironment-Controlled Pillared MOF as Efficient Triboelectric Nanogenerator Material for Self-Powered Degradation of Organic Pollutants

Long Li, Zhichao Shao, Weibing Liu, Yuchen Liu, Shuhan Zhao, Yi Wei, Jianing Zhang, Hongwei Hou 

Energy Environ. Mater., 2026, DOI: 10.1002/eem2.70280

导师介绍

邵志超

https://www.x-mol.com/university/faculty/347397

侯红卫

https://www.x-mol.com/university/faculty/188461