王中林/唐伟Nature子刊：球磨摩擦电性材料触发接触电催化，实现有效生产活性氧物种

由于机械力化学在触发/促进化学反应方面的独特性，近年来它已成为一个研究热点。在各种机械化学策略中，球磨以其多功能性，可扩展性和高效率而脱颖而出，并已广泛应用于氧化还原反应、机械合金化和材料合成。常规球磨过程中底物的激活通常依赖于外部机械搅拌下的力诱导效应、缺陷增加或局部极端条件，因此硬质材料被广泛用于球磨。此外，即使在低转速下，球磨过程也会引起频繁的碰撞，这能够通过使用摩擦电性材料诱发快速接触带电(CE)现象。接触电催化(CEC)已被提出来描述由CE驱动的界面电子转移促进的催化过程。

在以前的研究中，超声波被用来启动CEC，而球磨可以直接提供频繁的接触-分离循环，机械能可以直接输送到底物。因此，预计这种摩擦电性材料及其衍生的CEC可能会开辟一个球磨辅助机械力化学新领域。

近日，中国科学院北京纳米能源所王中林和唐伟等以一个典型的液体辅助研磨(LAG)过程为例，证明了摩擦电材料的存在可以催化活性氧物种(ROS)的产生。为了明确地研究CE的贡献，LAG装置由聚合物制成，例如聚四氟乙烯(PTFE)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)或聚丙烯(PP)，它们很少被用作催化剂。

研究人员认为，研磨过程中频繁的碰撞所带来的CE可以驱动聚合物与周围基质(例如H₂O或O₂)之间的电子交换，从而催化活性氧的形成。结果表明，具有高CE性能的PTFE表现出最高的活性，其次是PDMS，而PP几乎不带电，产生的活性氧量可以忽略不计。这些聚合物在产生ROS和CE方面性能的一致性表明了CEC的主导作用。

进一步的研究表明，研磨过程不仅提供了频繁的碰撞来触发CE，而且还提供物理冲击，通过增加电子波函数的重叠和激发声子为电子跃迁提供能量来促进CE驱动的电子转移。此外，研究人员通过降解甲基橙(MO)验证CEC产生的ROS的反应性，其中50mL 5 ppm MO水溶液在PTFE中以每分钟350转(RPM)研磨120分钟后完全降解。

综上，研究人员认为摩擦电性材料可以充分利用研磨过程中自然发生的碰撞，而由此衍生的接触电催化可以降低促进反应所需的能量输入，有助于构建机械化学装置和丰富可应用于机械化学催化的催化机制的种类，从而使机械力化学可以得到更大的扩展。

A contact-electro-catalysis process for producing reactive oxygen species by ball milling of triboelectric materials. Nature Communications, 2024. DOI: 10.1038/s41467-024-45041-4

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王中林/唐伟Nature子刊：球磨摩擦电性材料触发接触电催化，实现有效生产活性氧物种

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