界⾯的摩擦起电性质与所处环境相关。通常⾼湿度的⼤⽓会加速摩擦起电过程中静电荷的传输和耗散，限制了摩擦纳⽶发电机（TENG）等器件在能源收集与⾃供电传感检测等领域的应⽤。此外，环境湿度对界⾯摩擦电荷的产⽣、传输和静电积累的影响机制尚不清晰。如何通过材料选择与设计实现⾼湿环境下器件的⾼性能输出与稳定运⾏是亟需解决的问题。
中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室研究员王道爱团队设计了⼀种基于氢键增强的聚⼄烯醇（PVA）基TENG，并应⽤于医⽤⼝罩领域（图1），解决了传统聚丙烯（PP）基医⽤⼝罩⻓时间佩戴过程中⼝罩中间吸附层电荷耗散过快的问题。PVA基中间吸附层材料富含的羟基官能团，可与呼出的⽔蒸⽓分⼦⾃发形成氢键固定⽔分⼦，实现⾼湿度下摩擦起电能⼒的增强。
同时，PVA材料优异的电荷储存性能可减缓电荷的耗散速率，并可通过拍打、摩擦等简单易⾏的⽅式实现⼝罩⾃充电，延⻓有效使⽤寿命。尽管PVA材料可作为性能优异的耐湿型摩擦电正极材料，但较差的介电、耐磨损性能限制了PVA材料作为摩擦电材料的⻓期使⽤。基于此，该团队与中国海洋⼤学教授陈守刚团队合作，通过PVA与MXene材料的复合改性，设计了⾯向海洋湿热苛刻环境的PVA-PVDF基摩擦电器件。
得益于MXene表⾯的亲⽔性基团及其在PVA基质中的平⾏层状分布，提⾼了PVA的耐湿性、耐磨性和介电性能，在海洋防污性能⽅⾯展现出优异的性能（图2）。该⼯作为恶劣海洋环境下摩擦电材料耐湿设计和⾃供电环境治理提供了新的思路。相关研究成果发表在《今⽇纳⽶材料》（Materials Today Nano）上。
纯PVA材料的吸⽔速度慢、抗膨胀性差的特性，限制了PVA基TENG在⾼湿环境下的机械稳定性和渗透性能。科研团队设计制备出聚丙烯腈/聚⼄烯醇-氯化钙（PAN/PVA-CaCl2）复合薄膜（图3），提⾼了PVA在⾼湿度下的吸⽔和抗膨胀性能、机械⼒学性能和摩擦学性能。
此外，使⽤该材料组装的TENG器件应⽤于海⽔淡化，能耗为0.19 kWh m-3，低于传统直流电源供电的海⽔淡化，有望为利⽤⻛能、波浪能等蓝⾊能源原位实现海⽔淡化提供可⾏且有效的⽅法。
相关研究成果以Humidity-Resistant Triboelectric Nanogenerator Based on a Swelling-Resistant and Antiwear PAN/PVA-CaCl2?Composite Film for Seawater Desalination为题，发表在《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）上。
研究⼯作得到国家⾃然科学基⾦、中国科学院战略性先导科技专项和⽢肃省科技重⼤专项等的⽀持。