为应对可持续发展及超细颗粒带来的个人防护挑战，使用可再生、可降解的生物基材料打造高性能、多功能的空气过滤产品，成了科研领域的研究热点。摩擦纳米发电机作为一种绿色能源新途径，是实现可持续发展的另一大支撑。然而，基于摩擦纳米发电机的生物基材料优化成型与适配策略仍然有限，特别是在生物基材料的可控制备、结构与摩擦电性能的协同优化方面，仍缺乏系统性研究。

厦门大学郑高峰教授与福州大学邵尊桂副研究员团队合作，提出了一种新的宏/微协同设计策略：通过宏观结构增韧与微观引入供电子基团相结合，通过一步电纺与加热－退火工艺制备乙基纤维素（EC）／壳聚糖（CS）纳米纤维膜，其纤维结构稳定、供电子能力强，用作正摩擦层；又通过一步电纺工艺制备玉米蛋白（zein）纳米纤维膜，其含有大量珠串结构和硝基等吸电子基团，具有降低气流阻力和吸电子能力，用作负摩擦层。两者共同组成的摩擦发电空气过滤膜，除了可以实现高性能空气过滤以外，还可以对佩戴者进行实时的呼吸监测。相关研究成果发表在《Separation and Purification Technology》期刊上。

全生物基绿色电纺摩擦发电纳米纤维膜的制备

CS的加入为纳米纤维膜带来了多重优势：首先，提高了前驱体溶液电导率，增强了射流在静电场中的电压响应，使射流易于劈裂，制备双峰纤维；其次，CS与EC形成的氢键，增强了单根纤维的机械强度，而通过加热－退火处理后，CS形成键合结构，增强了纤维膜的整体结构稳定性，二者协同改善了纤维膜的机械性能；最后，CS含有羟基、氨基等强供电子基团，显著提升了膜的供电子能力，从而增强了膜的摩擦电性能。

CS的加入增强了摩擦电性能的机理图

纳米纤维膜的过滤和发电能力相辅相成，双峰结构让膜拥有优良的物理拦截能力，而摩擦发电又使纳米纤维的表面电位提高，有利于吸附空气中的细小颗粒物（如PM0.3），在物理拦截和静电吸附的协同效应下，纤维膜在85 L/min下对PM0.3的过滤效率依旧高达99.39%。

摩擦发电空气过滤膜工作过程

在实际佩戴中，受呼吸气流驱动，EC／CS纳米纤维膜与zein纳米纤维膜进行周期性的接触与分离，这个过程会发生电荷转移，产生电势差和感应电流，实现摩擦发电。同时，由于该膜可以通过摩擦发电将呼吸信号转化为电信号，通过对电信号的采集，就能实时监测佩戴者的呼吸状态，精准识别出屏息、正常呼吸、急促呼吸和咳嗽等不同状态，实现了空气过滤和呼吸监测的双重功能。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.seppur.2026.137511

（来源：易丝帮）