DOI: 10.1021/acsami.0c22670

具备特殊功能的可穿戴电子产品将赋予其更多的附加价值和更全面的实用性能。在此，研究者报告了一种兼具紫外（UV）防护、自清洁、抗菌和自供电功能的全纳米纤维基摩擦电纳米发电机（TENG），用于机械能量收集和自供电传感，它是通过静电纺丝方法由Ag纳米线（NWs）/TPU纳米纤维和TiO2@PAN网络制备而成的。由于添加了TiO2纳米颗粒（NPs），TENG具有优异的紫外线防护性能，包括约204的紫外线防护系数（UPF），约0.0574％的UVA（TUVA）透射率和约0.107％的UVB（TUVB）透射率。此外，在25分钟的太阳光照射下，可以降解大部分的表面污染物，并且可以恢复下降的功率输出。由于TiO2 NPs和Ag NWs的耦合作用，TENG对金黄色葡萄球菌显示出优异的抗菌活性。全纳米纤维基TENG具有微纳米级的分层多孔结构，可以作为检测和跟踪人体运动的自供电计步器。作为一款多功能的自供电设备，TENG在微/纳电源、人体运动监测和人机界面等领域具有广阔的发展前景，为下一代可穿戴电子产品提供了一种能源解决方案和多功能交互式平台。

图1.结构设计及工作机理。（a）所开发的TENG的结构图。（b）TiO2/PAN纳米纤维膜的SEM图像。（c）TiO2+PAN纳米纤维的制备过程示意图。（d）紫外线屏蔽机制的示意图。（e）光催化降解机理的示意图。

图2.抗紫外线和抗菌活性的特征。（a）在不同的TiO2浓度下进行FTIR分析。（b）通过三种方法制备的纳米纤维的紫外透射光谱（1＃TiO2/PAN纳米纤维：通过静电纺丝PAN纳米纤维并同时电喷雾TiO2 NP制备。2＃TiO2-PAN纳米纤维：首先，通过静电纺丝制备PAN纳米纤维，然后用预分散的TiO2 NPs进行原位浸渍修饰。3＃TiO2+PAN纳米纤维：首先将TiO2 NPs和PAN溶液在液相中均匀混合，然后通过一步静电纺丝法制备TiO2+PAN纳米纤维。（c）纳米纤维在不同的TiO2浓度下的紫外线透射光谱。（d）在不同的TiO2浓度下，TENG的UPF，（e）TUVA和（f）TUVB。（g-i）TENG的抗菌性能，包括（g）纯PAN纳米纤维的SEM图像，（h）Ag NWs/PAN纳米纤维的SEM图像（左），TiO2+PAN纳米纤维的SEM图像（右）和（i）AgNWs/TiO2+PAN纳米纤维的SEM图像（比例尺：2μm）。

图3.工作机理及输出性能。（a）TENG的工作原理示意图。（b）COMSOL模拟的TENG的电位分布。（c-e）在不同频率（2-5Hz）下，TENG的VOC、QSC和ISC。（f）在不同的外部负载电阻和1Hz的频率下，TENG的输出电流和功率密度。（g）不同电容容量下的TENG充电曲线。（h）电源管理电路的示意图。

图4.自清洁和电力输出恢复性能。（a）在太阳光照射下，每隔5分钟记录一次污染表面的数码照片。（b）MB染料降解的吸收光谱变化。（c，d）MB染料降解的吸收光谱变化，包括在模拟太阳光照射下，具有不同TiO2负载量的TiO2+PAN纳米纤维层上的（c）降解速率和（d）MB染料的浓度。（e）在不同TiO2浓度下MB染料的动力学曲线。（f-h）比较原始、污染和自清洁TENGs中的VOC、QSC和ISC。

图5.自供电计步器应用。（a）TENG的输出电压随外加压力的变化。（b）步行过程中不同的腿部动作和相应的电压信号。（c-f）根据输出信号的大小和频率，对（c）步行，（d）跑步，（e）蹲下和（f）跳跃等不同活动进行监测。（g）自供电计步器系统的流程图。（h）输出界面，以及（i）自供电计步器系统的详细电信号。