浙大平建峰《Nano Energy》废弃植物蛋白助力环保摩擦纳米发电

科技 08-01 来源：高分子能源

探索了可持续摩擦电电子中蛋白质的可调特性。
揭示了与蛋白质结构相关的摩擦起电行为机制。
可以实现约 16 倍的 bio-TENG 输出性能提升。
植物蛋白的副产品被回收为环保摩擦电薄膜。

用于生物摩擦纳米发电机（bio-TENG），其固有的缺陷，如低输出功率密度、单调的摩擦电行为和有限的摩擦电材料选择，极大地限制了它的广泛应用。为了解决这个问题，利用从淀粉工业副产品中回收的典型稻谷蛋白（RG）植物蛋白作为模型，研究与蛋白质结构相关的摩擦带电行为的机制。以简便的pH循环界面工程技术为研究方法，发现了RG的二级结构对其摩擦电性能有强烈影响，并提出并验证了可能的机理。基于此，我们实现了约 16 倍的输出提升，并能够控制蛋白质的摩擦电性能。

图文简介

改变界面性质的结构工程然后操纵RG的摩擦电特性。(a) 使用 NaOH 传统方法制备的米谷蛋白薄膜（上图路线）和基于结构工程制备的生物相容性和环境友好型摩擦电材料（下图路线）。(b,c) 通过pHcycle的结构工程改变了水稻谷蛋白分子的二级结构，即α-螺旋和β-折叠的含量，这些二级结构导致多个CO-NH基团有序排列(b)，因此显着增加了酰胺官能团的数量，并减少了蛋白质表面的羧基数量（c）。(d) 通过修改二级结构可以显着提高和控制摩擦电输出。(e) 结构修饰前后 RG 薄膜的输出摩擦电性能。

两种 RG 薄膜系统的摩擦起电行为。(a) 在 RG 膜形成过程中，与对照 RG 膜 (pH 12) 相比，在 RG 膜 (pH 循环) (经受 pH 循环过程) 上暴露出更多的酰胺键 (RG 通过添加溶解NaOH），然后 RG 膜（pH 循环）表现出比 RG 膜（pH 12）更好的摩擦电输出性能。(b) RG 薄膜 (pH 循环) 和 RG 薄膜 (pH 12) 的光学照片，以及 (c) 它们的表面粗糙度图像。（d）分别由具有聚二甲基硅氧烷膜的 RG（pH 12）和 RG（pH 循环）膜组成的两个 TENG 的输出电压和电流。(e) 酰胺（在≈1680 cm -1处获得）和羧基（在≈1400 cm -1处获得）的表面分布) 基于 RG (pH 12) 和 RG (pH 循环) 薄膜的 IR 图的组，和 (f) 在 ≈ 1400 (羧基)、≈ 1530 (酰胺) 和≈ 1680 cm -1 (酰胺) 对于两个蛋白质膜样品。