霍正洋等：基于摩擦起电现象的超螺旋手动高速发电机驱动纳米线电穿孔高效消毒
发布时间：2022-04-26
【论文名称】Microbial Disinfection with Supercoiling Capacitive Triboelectric Nanogenerator
【论文作者】 Zheng-Yang Huo, Dong-Min Lee, Jang-Mook Jeong, Young-Jun Kim, Jihye Kim, In-Yong Suh, Peixun Xiong, and Sang-Woo Kim
【内容摘要】
病原微生物可引发多种疾病，危害人类健康。在卫生设施和电力供应不足的发展中地区，人们无法使用安全清洁的饮用水，这一问题加剧了病原微生物感染的风险。消毒是杀灭水中微生物、保障用水安全的关键措施。常规消毒技术可在特定条件下实现高效消毒，但存在有消毒副产物风险高、杀灭细菌易复活、以及能耗高等问题。基于现有研究现状，霍正洋研究团队开发了一种新型消毒装置，利用无处不在的摩擦静电，实现水中的细菌和病毒的高效消毒。
这项研究受到许多人小时候都玩过的转扣子游戏的启发：转扣子游戏中，将一根细绳穿过扣子的两个孔，把扣子放在两股绳子中间，转动扣子让两股绳缠绕在一起，然后有节奏地拉扯绳子，扣子就快速转动起来。在这个玩具的启发下，研究团队基于摩擦起电现象，设计了高速转动的发电机，并有效收集摩擦静电，将其与纳米线材料修饰的电极接通。利用具有细长形貌的纳米线材料，将自由电荷聚集于曲率半径最小的尖端区域，进而强化局部电场。当水中细菌与病毒经过强电场时，即可实现高效、快速消毒，处理流速达1 L/min。在本项工作中，研究团队仅仅靠一个便携的手动装置，即可实现对水中细菌与病毒的即时、快速处理，可服务于灾区或疫区，以及卫生设施不足的贫困地区。
发电装置示意图
手动发电机转速与输出测试
消毒效果与机理解析
实际装置与消毒效果
研究成果最终以题为“Microbial Disinfection with Supercoiling Capacitive Triboelectric Nanogenerator”发表在材料与能源领域顶级期刊Advanced Energy Materials上，中国人民大学环境学院助理教授霍正洋为论文第一作者，韩国成均馆大学Kim Sang-Woo教授为论文通讯作者。本研究可为保障饮用水安全提供理论依据和技术基础。
【文章来源】
Advanced Energy Materials, 2022, 12(15), 2103680（最新影响因子为29.368）
文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202103680