DOI: 10.1021/acsami.1c03075

生物分子提供不同的金属结合位点以形成具有结构多样性的配位聚合物。本文报道了以铜为金属离子，天冬氨酸为配体设计的一维金属-生物分子纳米纤维（Cu-Asp NFs），用于摩擦电纳米发电机（TENG）。不同的表征技术揭示了合成的Cu-Asp NFs的详细特征。使用简单的流延涂布机对Cu-Asp NFs进行涂覆。弯曲和浸水研究表明涂层材料具有稳定性。相对极性测试和Kelvin探针力显微镜（KPFM）揭示了Cu-Asp在摩擦电系列中的位置。以Cu-Asp NFs和聚四氟乙烯为活性材料，制备了独立模式（NF-TENG）和接触分离模式TENG（cNF-TENG）。NF-TENG产生了200V和6μA的输出。简单的离子沉积技术使cNF-TENG的电压、电流和转移电荷提高了2.5、8和3倍。将该材料用于单电极滑模装置进一步证实了该涂层材料的稳定性和坚固性。使用cNF-TENG开发了一种具有选择性的自供电硫代乙酰胺传感器，其灵敏度为0.76v/mM。经证实NF-TENG可为众多便携式电子设备供电。

图1.Cu-Asp NFs的详细表征。（a）Cu-Asp NFs的XRD光谱。（b）Cu-Asp NFs的FT-IR光谱和放大图像显示在1620cm-1处有一个小峰。（c）Cu-Asp NFs的紫外可见吸收光谱。（d）Cu-Asp NFs的TGA分析。

图2.纳米纤维的表面形态。（a）Cu-Asp NFs的FE-SEM图像确认了其形态。（b）Cu-Asp NFs的AFM图像，其中几根NFs堆叠在一起。

图3.Cu-Asp NFs对（a）皮肤成纤维细胞系和（b）乳腺上皮细胞系的细胞毒性。涂层材料的表征：（c）涂层NFs的2D光学轮廓图像，以及（d）涂层NFs的KPFM图像。

图4.通过（a）相对极性测试和（b）表面电势测量，确定摩擦电系列中Cu-Asp NFs的位置。（c）Cu-Asp NFs在经典摩擦电系列中的位置。

图5.（a）独立层状模式NF-TENG的3D示意图以及设备照片，（b，c）NF-TENG的电压和电流输出。

图6.NF-TENG的详细电学表征。（a）NF-TENG的开路电压和转移电荷。（b）2000s的耐久性测试，以证明设备的稳定性。（c）不同电阻下NF-TENG的功率和功率密度。（d）使用NF-TENG通过整流桥对0.22、1和2.2μF电容器进行充电。

图7.cNF-TENG的电学研究。（a，b）通过离子沉积增强了cNF-TENG的电压和稳定性。（c）通过离子沉积增强电流和转移电荷。（d）浸入水中并随后干燥的涂层材料的稳定性。

图8.使用cNF-TENG感测硫代乙酰胺（TAA）。（a）电压随TAA浓度的变化。（b）不同TAA浓度下cNF-TENG的响应（％），R2为0.98。（c）暴露于TAA后的KPFM图像。（d）TAA传感机制，（e）Cu-Asp纳米纤维、TAA以及暴露于TAA之后的FT-IR数据。