image: 摩擦催化的演化过程 view more
Credit: ©《中国科学》杂志社
随着全球能源需求的增加和环境污染，替代性清洁能源技术的发展引起了人们的广泛关注。能源转化技术将环境中不同形式的可再生能源，如太阳能、机械能、热能和生物能等，转化为电能或化学能等清洁能源为人们所用。在这些可利用的能源类型中，机械能可能是分布最广泛的一种。机械能源的开发与应用具有重要的研究意义和社会价值。在宏量尺度上，水力和风力机械能转化的电能可满足人们日常生活和生产的需求；在微量尺度上，基于压电和摩擦电效应的纳米发电机，也可将周围环境中以及人体运动产生的机械能转化为电能。机械化学是机械和化学现象在分子尺度上的耦合，是通过机械力触发化学反应的有效方法。 机械化学途径包括力诱导降解、活化、催化和引发等。压电和摩擦电材料可以响应机械力在表面产生电荷。因此，它们可以将能量转换与化学反应过程，尤其是催化反应直接耦合，为机械化学提供了一种新的替代方法。近年来，压电材料已被用作水分解和有机污染物降解的催化剂，称为压电催化。相比之下，摩擦电效应很少用于催化反应，这意味着摩擦催化的研究领域需要进一步探索和发展。
最近，厦门大学化学化工学院范凤茹副教授等人对比了压电效应和摩擦电效应的原理，提出了摩擦催化和机械-电-催化效应用于促进化学反应的新思路。通过摩擦起电效应，使固/固界面或液/固界面实现电荷转移并形成局域电场与极化现象，而带电表面或局域电场可直接催化反应或促使外源催化剂发生作用。作者建议使用新术语“机械-电-催化”来概括这个过程，压电催化和摩擦催化都属于机械-电-催化的范畴。此外还可以衍生出机械-热-催化、机械-光-催化等一系列新研究领域。机械-电-催化以及摩擦催化效应在材料合成、物质转化和能源化学等方面都具有应用潜力，有望应用于有机合成、生物质转化、水分解、异相催化、能源收集和转化等研究领域。论文第一作者和通讯作者为范凤茹副教授，合作者包括厦门大学谢顺吉教授，中国科学技术大学王官武教授，和共同通讯作者厦门大学田中群院士。
Fan FR, Xie S, Wang GW, Tian ZQ. Tribocatalysis: challenges and perspectives. Sci. China Chem., 2021, 64, https://doi.org/10.1007/s11426-021-1089-6.
https://www.sciengine.com/publisher/scp/journal/SCC/doi/10.1007/s11426-021-1089-6?slug=fulltext
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Science China Chemistry