导电水凝胶因其优异的柔韧性和灵敏度，在可穿戴电子设备领域展现出巨大潜力。然而，传统水凝胶的凝胶化过程耗时且能耗高，且在低温下电学性能下降，严重限制了其实际应用。betway必威中国许建雄教授提出了一种基于木质素-Fe3+自催化体系的快速制备方法，成功开发出一种坚韧、抗冻、导电水凝胶（[SL-Fe3+/P]Li），并将其应用于摩擦电纳米发电机（TENG），使其能够在极端低温环境中高效工作。相关成果“Rapid preparation of tough, anti-freezing, and conductive hydrogel via lignin-Fe3+ self-catalytic system for extreme environment-resistant triboelectric nanogenerator”发表在2025年2月的《化学工程杂志》（Chemical Engineering Journal）期刊上。论文通讯作者为许建雄教授、李娜教授和许利剑教授，第一作者为余茂林讲师。
[SL-Fe3+/P]Li水凝胶的制备及其应用示意图。
通过木质素磺酸钠（SL）和Fe3+构建自催化体系，采用自由基聚合快速制备了导电水凝胶（[SL-Fe3+/P]Li）。该水凝胶在68秒内即可完成凝胶化，展现出优异的力学性能（拉伸应力685.98 kPa，拉伸应变2403%）和高导电性（2.52 S/m）。此外，通过引入抗冻剂LiCl，水凝胶在-18℃下仍能保持柔韧性和导电性，其抗冻能力主要归因于LiCl与水分子形成的水合离子，减少了水凝胶中的自由水含量，从而避免了水分子在低温下的冻结。基于这种抗冻水凝胶构建了一种单电极模式的摩擦电纳米发电机（AH-TENG），其在-18℃下展现出卓越的电学输出能力（开路电压VOC为183.87 V，短路电流ISC为9.63 μA，短路电荷QSC为65.28 nC），功率密度达到3.199 W/m2。此外，AH-TENG还具备高压力灵敏度（在0.016-0.16 kPa压力下灵敏度为2.641 kPa-1），能够准确检测人体运动信号，如手指弯曲、手腕弯曲等。该研究为设计能够在极端环境下工作的高性能水凝胶TENG提供了一种高效、低成本的策略，有望推动水凝胶基TENG在能源收集和自供能传感领域的广泛应用。
该工作得到了国家自然科学基金（52474326、52477213、52374387和22409059）、国家自然科学基金联合基金（U23A20138和U2436202）、湖南省自然科学杰出青年基金（2024JJ2029）、湖南省自然科学基金（2023JJ40264）和湖南省教育厅科学研究基金（23A0430）的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.159105
