中科院北京納米能源與系統研究所所長、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、能源等工業朝著低碳化發展。相關研究成果近日發表于《自然—通訊》。
閃電、玻璃棒摩擦后吸紙屑……這些現象在科學上被稱為“接觸起電效應”，這是由于不同物體在接觸之后表面誘導產生極化電荷所致。近年來，王中林團隊發現接觸起電中存在電子轉移的貢獻，甚至在部分情形下電子轉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，既然電子轉移存在于接觸起電過程中，同時電子轉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，發現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)也能實現甲基橙污水的降解，且反應前后所用顆粒化學成分不變，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象，研究團隊開展了系統性實驗。基于實驗觀測結果與FEP的理化性質，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、電能輸入等方式決定局部反應效果，接觸電致催化的反應范圍更加全域化，具有規模化應用前景。
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高效分離，避免了對環境的二次污染。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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