近期，程纲教授课题组的研究成果“Triboelectric Plasma CO₂ Reduction Reaching a Mechanical Energy Conversion Efficiency of 2.3%”在国际著名刊物Advanced Science (IF=16.806, JCR一区)上发表（DOI:10.1002/advs.202201633）。

低频的机械能是自然界中广泛存在的、可再生的清洁能源，包括风能、水能、波动能、海洋能等。如何储存无规则的、间隙性的、波动的、废弃的机械能是目前机械能转化和利用面临的挑战之一。利用机械能还原CO₂将其转化化学燃料最为引人注目，因其不仅能有效解决机械能存储的问题，同时能够有效降低全球的碳排放。由于CO₂分子具有强的C=O双键，极强的化学惰性，常温常压下机械能还原CO₂存在巨大的困难。目前直接利用机械能转化CO₂的反应仍比较缺乏。

近年来，摩擦纳米发电机作为一种高效的收集低频机械能为电能的装置，具有高电压特性，可以驱动气体放电产生摩擦电等离子体。与传统的等离子体类似，它能够在常温、常压下进行热力学不利的CO₂还原反应，具有较高的电能到化学能的转化效率。因而，摩擦电等离子体能够作为一种新颖的连接机械能收集和CO₂还原反应的桥梁。反应体系不需要电能的储存和转化装置，避免储能装置到化学反应装置间能量的耗散。因此，机械能驱动的摩擦电等离子体还原CO₂体系，有望将机械能直接、简便、高效地转化为化学能。

机械能驱动的摩擦电等离子体还原CO₂实现机械能直接转化为化学能

本研究中构建了一种利用机械能驱动CO₂还原的体系，通过机械能驱动的多脉冲摩擦电等离子体实现机械能到化学能的转化。该体系对于机械能的波动性和CO₂气流具有很好的兼容性。在放电距离为0.8 mm时，获得CO、O₂的产率为12.4 μmol h^-1、6.7 μmol h^-1，电能到化学能的能量转化效率为31.9%，产物CO的选择性为92.4%。两者均比目前文献中报道的非热等离子体还原CO₂体系的值高。接着，我们通过等离子体模拟计算和发射光谱探讨了CO₂解离的路径，发现在多脉冲摩擦电等离子体中，CO₂解离主要以低能垒的电子振动激发为主。最后，在平均风速为4.0 m/s的环境中，进行了风能驱动的摩擦电等离子体还原CO₂的现场实验。产物CO的最大产率为16.8 μmol h^-1，机械能到化学能的最大能量转化效率为2.3%，也是目前文献中报道的最高值。我们的工作为机械能高效转化为化学能提供了一种新颖的方式。

博士研究生李素敏和张宝博士为论文的共同第一作者，程纲教授和杜祖亮教授是本文的共同通讯作者。本工作得到国家自然科学基金委、河南省科技厅、中国博士后科学基金会和河南大学的经费支持。