“大黄硫磺堆”是加拿大温哥华一处引人注目的地标，见证了石油精炼加氢脱硫过程中产生了大量元素硫。2013年，亚利桑那大学的Pyun教授团队开发了逆硫化法，这是一种合成富硫聚合物(SRP)的方法，这种新聚合物的主链中元素硫含量超过50wt%。这种元素硫通过与含有π键的共聚单体共聚而合成为化学稳定的固态SRP。

由于SRP在红外区域具有固有的高透明度和高折射率，因此通常用于制造聚合物基红外(IR)光学器件，从而取代昂贵且易碎的典型红外材料，如Ge、ZnS和ZnSe。除了这种光学应用之外，汉阳大学有机和纳米工程系的JeongJae(JJ)Wie教授领导的研究团队现在正在将这种鲜艳的黄色废物转化为可持续能源的宝贵资源。

该论文发表在《先进材料》杂志上。

摩擦纳米发电机(TENG)被认为是一种很有前途的环保能量收集器，可将浪费的机械能转化为电能。然而，最先进的TENG通常使用氟聚合物，这种聚合物极有可能向生态系统中释放危险的全氟和多氟烷基物质(PFAS)。一旦被人体吸收，PFAS因其稳定的化学结构而可以长期残留，并可能导致严重的健康风险，如癌症、免疫系统损伤和流产。

为了解决TENG的这一关键环境问题，Wie教授的研究团队开发了一种新型富硫聚合物基TENG。使用元素硫在经济性、可持续性和TENG输出性能方面具有三大优势。元素硫非常便宜，但纯度高，因为每年通过气相加氢脱硫工艺可产生700万吨硫。元素硫的回收利用在可持续性方面具有巨大优势，因为元素硫废物的用途有限，并且存在严重的储存问题。

重要的是，元素硫具有最高的电子亲和力，为−200kJmol−1，高于碳(−122kJmol−1)。电子亲和力是原子获得电子时释放的能量的量度。具有高电子亲和力的原子有利于获得电子，并且比具有较低电子亲和力的原子更稳定，能级较低。这意味着富含硫的聚合物可以成为高性能摩擦电材料的绝佳候选，因为它们有利于表面电荷的产生。

这项最新进展建立在魏教授团队2019年和2021年对基于SRP的TENG的研究基础之上。2019年，该团队首次通过SRP薄膜表面氟化引入基于SRP的TENG。与传统的基于PTFE的TENG相比，该方法实现了电压增加6倍、电流增加3倍。然而，这种方法依赖于有毒且易燃的氟(F2)气体。

2021年，该团队开发了一种基于SRP的混合物，该混合物通过相分离显示出氟聚合物的表面定位，从而避免了有毒气体的产生。该技术在不使用有毒氟气的情况下提高了TENG的性能，与基于PTFE的TENG相比，电压和电流输出分别提高了8倍和9倍。然而，尽管仅使用了7.5wt%的氟聚合物，但TENG并未完全不含PFAS。

这项研究通过将一种新的2D纳米材料MXene与隔离结构相结合，进一步推动了SRP的使用，并且没有上述环境问题。隔离结构使SRP/MXene复合材料具有均匀分布，MXene的使用量降至0.5wt%以下，同时最大化MXene和SRP基质之间的界面面积。这种结构工程对于增强界面处的累积电荷非常重要，这对于高TENG输出性能至关重要。

最后，基于SRP/MXene复合材料的TENG展示了创纪录的3.80Wm−2峰值功率密度，比2022年报道的基于SRP的TENG提高了8.4倍。该能力使其能够直接为558串联的蓝光LED供电并高效地为电容器充电，标志着朝着各个领域的实际应用迈出了重要一步。

此外，基于SRP/MXene复合材料的TENG具有出色的可回收性，因为它具有内在的自修复特性，可以轻松回收而不会降低性能。这项研究不仅提高了TENG的性能，而且显著提高了该领域的真正可持续性。具有分离结构的创新SRP/MXene复合材料为绿色能量收集技术树立了新标准。

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