原文出自Journal of Advanced Ceramics (先进陶瓷)期刊

Cite this article:

Zhou Z, Chen R, Zhu H, et al. Tribocatalytic activation of peroxymonosulfate by TiO₂ nanoparticles for powerful degradation of organic pollutants. Journal of Advanced Ceramics, 2026, 15(2): 9221237. https://doi.org/10.26599/JAC.2025.9221237 

文章DOI：10.26599/JAC.2025.9221237

ResearchGate：Tribocatalytic activation of peroxymonosulfate by TiO2 nanoparticles for powerful degradation of organic pollutants

1、导读

在水体有机污染治理领域，如何以更低能耗、更简洁的方式激活过硫酸盐(PMS/PDS)以实现对于有机污染物的高效氧化，近年一直是研究热点。武汉大学陈万平教授团队近期在 Journal of Advanced Ceramics 发表研究论文，首次实现利用磁力搅拌的低频摩擦驱动TiO₂发生摩擦催化，其产生的电子有效激活 PMS，产生多种自由基，显著提升多种典型有机污染物的降解效率与矿化程度，为高级氧化技术开辟出一条新的机械能驱动路径。

图1 TiO₂纳米颗粒摩擦催化激活PMS降解苯酚示意图

2、研究背景

染料、酚类等顽固有机污染物具有高稳定性、高毒性和较强环境持久性，传统的吸附、生物处理或常规化学氧化方法常常面临反应慢、降解不彻底甚至可能带来二次污染等问题，而依赖高级氧化工艺(AOPs)原位生成活各种性氧已经成为废水处理的重要方法。作为其中的一种重要氧化剂，过一硫酸盐（PMS）能够被激活生成硫酸根自由基(SO₄•^-)，相对于常见的羟基，其寿命更长、氧化能力更强，因此在有机废水深度处理领域备受关注。PMS需要激活才能释放出SO4•^-，常见的激活方法包括加热、光照、超声等，但它们都面临能耗高、难以放大或者需要废水有较好的透光性等问题，无法在大规模的废水治理中采用。摩擦催化是近年来兴起的一种机械能驱动的催化方式，能够通过低频的机械摩擦激发半导体材料产生电子–空穴对，从而诱导自由基或非自由基反应路径，展现出绿色、低能耗和装置简洁等优势。正是在这样的背景下，该研究将 TiO₂这一典型先进陶瓷半导体材料引入摩擦催化–PMS 协同体系，通过机械摩擦激发TiO₂产生电子–空穴对，而电子则直接激活 PMS，首次实现PMS的低频机械能激活。

3、文章亮点

这项工作首次实现了低频机械能通过摩擦催化活化 PMS。过去，PMS 的活化研究通常依赖光催化、压电催化、超声辅助、电化学等路径，而本研究证明，仅通过磁力搅拌所带来的持续低频摩擦，TiO₂纳米颗粒就能够激活 PMS 参与氧化反应。从此“搅拌”不再只是背景动作，而是可以直接作为反应驱动力。

其次，该体系表现出明显的协同增强效应：PMS 的引入不仅带来了新的 SO4•^-，还显著增加了 •OH、O₂•^- 和 ¹O₂ 等活性物种的生成量，使体系的整体氧化能力大幅提升。更重要的是，这种增强并不是脱色层面的“表面繁荣”，而是体现在总有机碳去除率同步提高，说明反应深度和矿化能力都得到了强化。

从应用角度看，这一体系具有“简洁而高效”的鲜明特征，不需要强光源、高频振动或复杂外加场，只需常规低频搅拌即可实现高效反应，对于大规模低透明度废水的实际治理具有很好的示范意义。

4、研究结果及结论

在具有PTFE 涂层的烧杯中，TiO₂ 纳米颗粒在磁力搅拌产生的持续摩擦作用下，能够与 PMS 形成显著协同效应，从而大幅提升对有机污染物的降解能力。与无 PMS 条件相比，加入 200 mg/L PMS 后，罗丹明 B、亚甲基蓝、甲基橙、双酚 A、苯酚 等典型污染物的降解速率均明显提高，且总有机碳去除率同步增强。特别是对苯酚的降解更是从无到有，说明这一体系不仅加快了反应过程，也提高了矿化深度。

图2 PMS在TiO₂纳米颗粒摩擦催化降解双酚 A和苯酚中的对比

TiO₂摩擦催化激活PMS，不仅产生了SO₄^•-，还显著增加了 •OH、O₂^•- 和 ¹O₂ 等活性物种的生成量，如下图所示，因此极大提高了有机污染物的降解效率与深度。

图3 TiO₂纳米颗粒摩擦催化激活PMS对于自由基的影响以及自由基的捕获实验

5、作者简介

陈万平（通讯作者），武汉大学物理学科与技术学院教授、博士生导师。三十余年一直从事多种金属氧化物功能材料的制备与性能研究。2018年开始对金属氧化物材料的摩擦催化性能进行探索研究，所在团队在国际上率先报道了有机污染物的摩擦催化降解、二氧化碳的摩擦催化还原，并先后提出了半导体材料与金属材料的摩擦催化机理模型。

作者邮箱：wpchen@whu.edu.cn

作者ORCID：https://orcid.org/0000-0003-1609-5123

作者及研究团队在Journal of Advanced Ceramics上发表的相关代表作：

1）Jia X, Wang H, Lei H, et al. Boosting tribo-catalytic conversion of H₂O and CO₂ by Co₃O₄ nanoparticles through metallic coatings in reactors. Journal of Advanced Ceramics, 2023, 12(10): 1833-1843. https://doi.org/10.26599/JAC.2023.9220791

《先进陶瓷（英文）》（Journal of Advanced Ceramics）期刊简介

《先进陶瓷（英文）》于2012年创刊，清华大学主办，清华大学出版社出版，清华大学新型陶瓷材料全国重点实验室提供学术支持，创刊主编为中国工程院院士、清华大学李龙土教授，主编为中国科学院院士、清华大学林元华教授、苏州国家实验室周延春教授、广东工业大学林华泰教授和哈尔滨工业大学张幸红教授。该刊主要发表先进陶瓷领域的高质量原创性研究和综述类学术论文，涉及先进陶瓷的制备、结构表征、性能评价的各个细节，尤其侧重新材料研制和先进陶瓷基础科学研究等重要方面，致力于在世界先进陶瓷领域搭建学术交流平台，引领和促进先进陶瓷学科的发展。已被SCIE、Ei Compendex、Scopus、DOAJ、CSCD等数据库收录。现为月刊，2025年发文量为202篇；2025年6月发布的影响因子为16.6，连续5年位列Web of Science核心合集“材料科学，陶瓷”学科33种同类期刊第1名；2024年11月入选“中国科技期刊卓越行动计划二期”英文领军期刊项目；2025年入选中国科学院文献情报中心期刊分区表材料科学1区Top期刊。2023年起，本刊结束与国际出版商的合作，改由清华大学出版社自主研发、拥有自主知识产权的科技期刊国际化数字出版平台SciOpen独家发布，标志着该刊结束多年来“借船出海”的办刊模式，回归本土独立运营，也是我国优质英文期刊中最早回归国产平台的期刊之一。

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