电能在提高人类社会的生产方式和生产力的同时其生产方式也带来了大量的环境污染问题,摩擦纳米发电机（Triboelectric Nanogenerator,TENG）因其可以将周围环境中易被忽略掉的机械能转化为电能而受到了科研爱好者的广泛关注。然而在TENG的研究过程中,仍有部分问题有待进一步的探索和研究:（1）传统的垂直接触-分离模式中的多接触层式TENG在工作时,由于其摩擦层数量较多,因此会出现各个摩擦层接触分离不同步的情况,进而影响TENG的输出性能;（2）此外,TENG的输出性能不仅与其峰值输出信号有较大的关系,摩擦层中的电荷传输速率同样对它的输出性能有很重要的影响。基于以上原因,本论文着眼于通过对TENG的结构进行设计优化,以此来实现TENG稳定的输出信号,扩展TENG的应用场景。具体研究内容如下:（1）设计并使用FDM 3D打印技术制造了多层联动式摩擦纳米发电机（ML-TENG）,并将其结构优化为新型多层联动式摩擦纳米发电机（NML-TENG）,实现了多摩擦层的严格同步接触分离运动,提升了TENG的输出性能。通过使用塑料涨塞、螺丝、螺母等紧固件对各个部件进行拼装组合,组成为基于垂直接触分离模式的ML-TENG。经过测试,ML-TENG的开路电压、短路电流和转移电荷分别达300 V、100μA、0.15μC,可以明显发现,该数据与摩擦层接触面积并不相符。为提升TENG的输出性能,经过简单的结构改良,设计并制备出NML-TENG。在测试前,使用高压极化装置对PTFE膜进行电荷预注入,进一步有效提升了NML-TENG的输出性能。经过改良后的TENG开路电压、短路电流和转移电荷可分别达到1700 V、1.1 m A、3.2μC,与改良前相比较输出性能提升了数倍,该工作为实现高输出且信号稳定的TENG提供了新的解决方案。（2）设计并使用FDM 3D打印技术制造了多层折叠式摩擦纳米发电机（MF-TENG）,并成功将其应用于电化学降解有机污染物中。通过设计扇叶及连接杆结构将风扇收集的机械能灵活的转化为驱动多摩擦层接触分离运动的机械能,拓展TENG的应用场景,并间接提升了TENG的输出性能。MF-TENG通过借助轴承、螺栓、螺母等紧固件进行组装。进行输出性能测试前,通过电荷预注入技术对PTFE膜进行电荷预注入,以提升MF-TENG的输出性能。经过测试后,MF-TENG的开路电压、短路电流和转移电荷分别达到1100 V、0.9 m A、4.5μC。随后,将高性能的MF-TENG应用于对碱性品红、维罗利亚蓝B的高效降解中,使用的电极为泡沫镍与金属铜片。经过200 min后,碱性品红与维多利亚蓝B的降解率分别达87.2%、89.2%,本工作为拓展TENG在电化学领域的应用起到了推动与助力的作用。（3）设计并使用FDM 3D打印技术制备了一种柔性涡旋状摩擦纳米发电机摩擦纳米发电机（VFR-TENG）,并通过此模型研究了接触分离情况对TENG输出性能的影响,随后将VFR-TENG成功应用于对三种有机污染物的降解。通过设计带有柔性扇叶的内定子结构配合具有辊轮的外转子结构,实现了收集风能等多种形式的机械能并将其转化为电能。此外,因为该结构新颖的设计,可以实现电荷的高频转移,完成在短时间内为储能装置的快速充电。VFR-TENG的模型组装通过借助塑料涨塞、螺丝、螺母等紧固件拼装而成。通过使用高压电荷预注入技术对PTFE膜进行预充电,以增强其输出性能,测试后,VFR-TENG的开路电压、短路电流和转移电荷分别为650 V、350μA、1.1μC。将VFR-TENG应用于对亚甲基蓝、甲基橙、孔雀石绿三种有机污染物的降解中,经过150 min的处理,三种有污染物的降解率分别达88.9%、91.7%、94.1%。该工作为探究摩擦层运动情况对TENG输出性能的影响提供了指导作用,并为自驱动电化学降解有机污染物领域注入了新的活力。综上所述,本工作通过对TENG进行结构设计及优化,对TENG的输出性能影响因素以及TENG的应用场景进行了深入研究,拓展了TENG的应用场景,实现了对TENG输出性能的进一步改进。利用了先进的3D打印技术,个性化的对TENG进行生产制造,解决了使用传统的制造方式所带来的缺点及不足。将设计完成的TENG应用于有机污染物的降解反应中,构建了自驱动降解有机污染物系统,助推了这一领域的进步及发展。