中科院北京納米能源與系統(tǒng)研究所所長、首席科學家，中科院外籍院士王中林團隊提出了全新的催化機制“接觸電致催化”。該機制利用材料間接觸起電(摩擦起電)引起的電子轉(zhuǎn)移作為催化反應的核心，促進化學反應進行，將推動化學、能源等工業(yè)朝著低碳化發(fā)展。相關研究成果近日發(fā)表于《自然—通訊》。
閃電、玻璃棒摩擦后吸紙屑……這些現(xiàn)象在科學上被稱為“接觸起電效應”，這是由于不同物體在接觸之后表面誘導產(chǎn)生極化電荷所致。近年來，王中林團隊發(fā)現(xiàn)接觸起電中存在電子轉(zhuǎn)移的貢獻，甚至在部分情形下電子轉(zhuǎn)移是接觸起電的主要機制。
回顧催化劑的工作原理，其核心是通過生成活性中間體等方式降低反應活化能，促進化學反應進行。那么，是否存在除金屬基催化劑、酶以及有機小分子之外的第四種催化劑呢?王中林介紹，既然電子轉(zhuǎn)移存在于接觸起電過程中，同時電子轉(zhuǎn)移又可以促進化學反應進行，那么，利用接觸起電過程中的電子轉(zhuǎn)移直接催化化學反應存在可能。
王中林與中科院北京納米能源與系統(tǒng)研究所研究員唐偉利用超聲空化作用在顆粒表面引入接觸起電過程，發(fā)現(xiàn)即使所用顆粒為具有高度化學惰性的全氟乙烯丙烯共聚物(FEP)也能實現(xiàn)甲基橙污水的降解，且反應前后所用顆?；瘜W成分不變，這初步表明了接觸電致催化的可能性。
為了深入理解上述現(xiàn)象，研究團隊開展了系統(tǒng)性實驗?；趯嶒炗^測結果與FEP的理化性質(zhì)，團隊提出了全新催化機制——接觸電致催化，即利用接觸起電過程中的電子轉(zhuǎn)移直接催化化學反應。
不同于電催化或光催化，接觸電致催化非常“便利”，只要材料能夠接觸起電就可能實現(xiàn)催化反應，因此，這極大地拓寬了催化劑的遴選范圍，提供了更為豐富的催化體系設計可能。此外，相比于紫外光照、電能輸入等方式?jīng)Q定局部反應效果，接觸電致催化的反應范圍更加全域化，具有規(guī)?；瘧们熬?。
接觸電致催化反應更“綠色”，得益于接觸電致催化對催化劑的選擇幾乎無限制，因此可以選用大量環(huán)境友好的材料進行催化，并且這些催化劑與底物能夠通過簡單的方式實現(xiàn)高效分離，避免了對環(huán)境的二次污染。這些催化劑還能夠反復回收使用。
接觸起電效應廣泛存在于各類材料間，因此，接觸電致催化將引領前沿催化研究，為碳中和、新能源等一系列國家戰(zhàn)略和國計民生問題的解決提供新原理和新思路。(韓揚眉)
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