第一作者：Ziming Wang

通訊作者：王中林院士

通訊單位：中國(guó)科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所

論文速覽：

本論文深入探討了接觸電致催化（CEC）這一新興領(lǐng)域，該領(lǐng)域利用接觸起電效應(yīng)在液-固甚至液-液界面上發(fā)生的電子轉(zhuǎn)移來促進(jìn)氧化還原反應(yīng)。

CEC的能源來自于外部機(jī)械刺激，使用的固體材料可以是有機(jī)或無機(jī)材料，即便它們?cè)诨瘜W(xué)上是惰性的。

文章通過分析近期的發(fā)展，討論了CEC的理論基礎(chǔ)、顯著特點(diǎn)、應(yīng)用以及未來研究和發(fā)展的路線圖。

圖文導(dǎo)讀：

圖 1：展示了接觸電致催化（CEC）的基本原理、顯著特點(diǎn)和重要應(yīng)用的示意圖。包括CEC如何通過機(jī)械刺激促進(jìn)電子交換，以及其在環(huán)境可持續(xù)性方面的潛在應(yīng)用。

圖 2：通過實(shí)驗(yàn)研究了液-固接觸起電現(xiàn)象，并探討了在不同條件下（如不同的離子濃度、不同的聚合物薄膜等）電子轉(zhuǎn)移的過程和影響。

圖 3：揭示了在液-固接觸起電過程中電子轉(zhuǎn)移的主導(dǎo)作用，并通過不同的實(shí)驗(yàn)手段（如KPFM、外加磁場(chǎng)等）來量化和驗(yàn)證電子轉(zhuǎn)移的比例和影響。

圖 4：提出了Wang的混合電雙層模型及其“兩步”形成過程，該模型考慮了電子轉(zhuǎn)移和離子吸附對(duì)電雙層形成的影響，為理解液-固界面的電荷轉(zhuǎn)移過程提供了新的理論框架。

圖 5：從接觸起電驅(qū)動(dòng)的電子轉(zhuǎn)移過渡到接觸電致催化，詳細(xì)描述了CEC過程中的典型催化步驟，包括反應(yīng)物的吸附、電子轉(zhuǎn)移引發(fā)的化學(xué)反應(yīng)以及產(chǎn)物的脫附。

圖 6：展示了CEC擴(kuò)展的材料選擇范圍，包括不同配置和類別的催化劑，以及CEC與現(xiàn)有催化策略結(jié)合的潛力。

圖 7：提出了啟動(dòng)CEC的策略，包括超聲波處理和球磨等方法，以及這些方法對(duì)CEC效率的影響。

圖 8：詳細(xì)闡述了通過CEC產(chǎn)生活性氧物種（ROS）的兩步機(jī)制，并通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論計(jì)算來支持這一機(jī)制。

圖 9：探討了影響CEC效率的因素，如超聲波的頻率和功率、溫度、球磨的轉(zhuǎn)速等，并提出了相應(yīng)的優(yōu)化策略。

圖 10：展示了CEC在有機(jī)污染物降解中的應(yīng)用，闡釋了CEC如何利用機(jī)械刺激和商業(yè)可用的聚合物顆粒在室溫下有效降解有機(jī)污染物，同時(shí)強(qiáng)調(diào)了CEC催化劑的可回收性和可重復(fù)使用性。

圖 11：介紹了CEC在直接合成H2O2方面的應(yīng)用，通過CEC可以在環(huán)境條件下甚至在厭氧條件下通過超聲波處理和PTFE顆粒直接合成H2O2，揭示了水氧化反應(yīng)（WOR）和氧還原反應(yīng)（ORR）兩條生成H2O2的途徑。

圖 12：描述了CEC在廢舊鋰離子電池回收中的應(yīng)用，展示了使用SiO2顆粒在溫和條件下通過超聲波處理從廢電池正極材料中提取有價(jià)值的Li和Co金屬的流程，突出了CEC在減少環(huán)境負(fù)擔(dān)方面的優(yōu)勢(shì)。

圖 13：提出了CEC在機(jī)械化學(xué)中的作用和未來發(fā)展的路線圖，討論了CEC與摩擦催化之間的相似性和差異性，并從實(shí)驗(yàn)和理論兩個(gè)方面概述了CEC研究的前沿方向和主要挑戰(zhàn)。

總結(jié)展望：

本論文全面總結(jié)了接觸電致催化（CEC）的研究進(jìn)展，并提出了未來研究的方向。CEC作為一種新興的催化機(jī)制，不僅能夠利用機(jī)械能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能，而且在環(huán)境可持續(xù)性方面展現(xiàn)出巨大的潛力。

通過優(yōu)化CEC催化劑的性能、探索更有效的CEC啟動(dòng)方法以及深入理解CEC機(jī)制，未來有望將CEC應(yīng)用于更廣泛的化學(xué)和環(huán)境領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)高效、環(huán)保的催化過程。

文獻(xiàn)信息：

標(biāo)題：Contact-electro-catalysis (CEC)

期刊：Chem. Soc. Rev.

DOI：10.1039/d3cs00736g