1.本文提出了一种减少机动车尾气中微纳颗粒物（PM2.5等）排放的新方法。基于摩擦起电和静电吸附的耦合作用，摩擦电颗粒捕集器可以捕获机动车尾气中的微纳颗粒物，从而减少环境污染。
2.摩擦电颗粒捕集器捕获的微纳颗粒物主要为碳颗粒，直径主要在100纳米至2微米之间。捕获的碳颗粒因其独有的微纳结构不经过任何化学处理直接作为超级电容器的电极材料，表现出优异的电化学性能，循环10万圈容量几乎无衰减。
3. “捕获碳“超级电容器与摩擦纳米发电机结合组装为自充电能源系统，可以收集环境机械能驱动电子手表。
4. 本文提出了一种处理废弃碳颗粒物的新技术，将微纳污染物作为储能器件的电极材料实现了废物回收利用与保护环境的目标。
【前言】
PM2.5已经成为人们广泛关注的一种大气污染物，是大气中极为细小的颗粒状物质，是造成空气环境污染，对人体健康危害最严重的一类大气污染物，导致严重的健康问题，包括呼吸和心血管疾病，诱发急性症状，慢性疾病，甚至死亡。由于近年来经济的快速发展和人民生活的极大改善，汽车保有量骤增。据环保部《年报》统计，我国机动车保有量呈快速增长态势。我国已成为世界汽车产销第一大国，随着机动车保有量的增加，机动车排放污染物对环境的影响日趋严重，给城市和区域空气质量带来巨大压力。机动车污染日益严重，机动车尾气排放成为我国大中城市空气污染的主要来源。传统的机动车颗粒物过滤器由于其简单的物理吸附模式很难捕获纳米尺度的粒子，对微纳米材料既是一种浪费，也无法有效的控制环境中PM2.5的排放。同时，它为了避免捕集的颗粒堵塞过滤器，会定期或不定期的燃烧捕集到的颗粒物，这又带来至少2个问题：一是燃烧时的高温引起捕集器（常常为陶瓷材料）开裂，进而降低捕集效率直至失效；二是燃烧后的灰烬仍然会堵塞过滤器。最近，中国科学院北京纳米能源与系统研究所提出了一种减少汽车尾气中微纳颗粒物（PM2.5等）排放的新方法。基于摩擦起电和静电吸附的耦合作用，摩擦电颗粒捕集器（TPF）可以捕获机动车尾气中的微纳颗粒物。这意味着TPF在一定程度上有效降低了纳米颗粒物在机动车尾气中的排放，进一步控制了PM2.5对大气环境的污染。TPF捕获的纳米颗粒物主要为碳颗粒，当其不经过任何化学处理用于超级电容器的电极材料时，表现出优异的电化学性能，循环10万圈容量几乎无衰减。作者也通过分析发现，捕获的碳颗粒物拥有天然的纳米结构同时伴有一定程度的石墨化，从而提高超级电容器电极材料的比表面积和导电性，有助于提高电极材料的电化学性能。最后，“捕获碳”超级电容器与摩擦纳米发电机结合组装为自充电能源系统，可以收集环境机械能驱动可穿戴电子器件。该文章以“Carbon captured from vehicle exhaust by triboelectric particular filter as materials for energy storage”发表国际顶级期刊Nano Energy上（影响因子：13.12， DOI：10.1016/j.nanoen.2018.12.025），共同第一作者为硕士生李昕螈和博士生尹星，通讯作者为王杰研究员。
【核心内容】
基于摩擦起电与静电吸附的摩擦电颗粒捕集器可以吸收机动车尾气中的纳米颗粒物，收集到的颗粒物直径在100nm左右，在一定程度上有效地减少了机动车尾气中PM2.5的排放，从而改善环境污染。
图1. 纳米颗粒物的捕获机理及形貌示意图；（a）摩擦电颗粒捕集器的安装位置，
（b）摩擦电颗粒捕集器的工作原理，（c-f）捕获的纳米颗粒物的SEM及TEM图像。
图2. “捕获碳”的表征分析；（a）Raman表征，（b）XRD表征，（c）XPS表征，（d）TGA表征，（e）氮吸脱附曲线，（f）粒径分析。
图3. “捕获碳”作为超级电容器的电极材料表现出的电化学性能；（a）CV曲线，（b）恒电流充/放电曲线，
（c）不同电流密度下的充放电容量，（d）EIS曲线，（e）充放电循环性能和库伦效率，（f）功率密度与能量密度关系图。
图4.基于超级电容器与摩擦纳米发电机结合的自充电能源系统的性能; （a）自充电能源系统的示意图及实物图，（b）自充电能源系统的电路图，
（c）自充电能源系统的电流输出，（d）自充电能源系统的电量输出，（e）自充电能源系统驱动电子手表电压时间曲线图。
Xinyuan Li, Xing Yin, Wei Wang, Huabo Zhao, Di Liu, Linglin Zhou, Chunlei Zhang, Jie Wang, Carbon captured from vehicle exhaust by triboelectric particular filter as materials for energy storage, Nano Energy, 2018, DOI:10.1016/j.nanoen.2018.12.025（c）自充电能源系统的电流输出，（d）自充电能源系统的电量输出，（e）自充电能源系统驱动电子手表电压时间曲线图。
来源：能源学人
