摩擦催化是一种新兴的催化技术，它可以通过收集环境中微小的机械能，如水流扰动或机械振动，来实现摩擦催化反应。目前报道摩擦催化反应的主要机制有两种:电子跨原子转移和电子跃迁。对于电子跨原子转移机制，通常是指电荷通过接触分离从一个材料转移到另一材料上，电荷参与催化反应，常用于解释聚合物基摩擦催化材料的反应机理；对于电子跃迁机制，通常是指在受到摩擦作用时，能量激发自身轨道上的电子进行跃迁，产生的电子或空穴参与催化反应，常用于解释具有明确能带结构的半导体催化剂材料的反应机理。但在同一催化反应中，两种催化机制往往同时存在，所以如何综合考虑这两种机制共同作用的情况，以及如何更加准确地选择这两种机制去理解相应摩擦催化反应，是本文需要阐明的关键问题。

基于上述问题，js金沙所有登入网址材料科学与工程学院硕士研究生李鑫楠在佟望舒副教授、安琪教授和张以河教授的共同指导下，综述了摩擦催化机理，阐明了电子转移和跃迁两种机制，并提出了同时考虑两者共同存在时的催化机理。这项工作的亮点如下：

(1) 阐明了两种机理并提出协同机理

跨原子的电子转移根据材料的物态接触分为固-固和固-液接触，材料间在机械力的作用下，电子云发生强烈重叠，表面态高的势阱电子转移到表面态低的势阱上，转移后形成的电子和空穴将参与自由基的生成。电子跃迁分为电子转移激发跃迁和机械能激发跃迁，通过机械力的刺激或电子转移后形成的内部电场，使材料的价带电子跃迁到导带上，从而形成电子空穴对，参与催化反应。当跨原子电子转移和电子跃迁同时发生时，在材料摩擦发生电子转移后，施主能级和受主能级将会在两个材料内形成，在受到机械能扰动后会非常容易地进行跃迁形成电子和空穴参加化学反应，实现协同催化，具体机理示意图如图1所示，

(2) 总结了摩擦催化的影响因素并作为选择机理的标准

材料的表面态是能够决定在相互接触之后能否发生电子转移的重要因素，费米能级和表面态模型帮助js金沙所有登入网址更好地判断电子转移的发生和方向。因此当材料间的表面态或摩擦电序列差距很大时可考虑电子转移机理。力的大小决定了不同材料之间电子云的重叠程度，一个例子是电子云在固体-固体界面的重叠需要比固体-液体界面更强的力。此外，力的大小影响电子云重叠的程度，决定转移电子的数量，并影响摩擦催化性能。另外，催化剂的能带结构影响摩擦催化活性，当能带隙较大时，电子跃迁需要大量的能量，而当能带隙较窄时，电子跃迁所需的能量较低，因此不同的催化剂通过搅拌、超声、球磨等不同的机械能来激发电子，对于强机械力作用下的摩擦催化，当检测到一种活性组分，且摩擦催化剂具有合适位置的导带或价带产生该活性组分时，可考虑电子跃迁机制。

图1 跨原子电子转移和电子跃迁的协同机制

上述研究成果发表于材料领域国际权威期刊《Journal of Materials Chemistry A》上：Xinnan Li, Wangshu Tong*, Jing Shi, Yunfan Chen, Yihe Zhang*, Qi An*, Tribocatalysis Mechanisms: Electron Transfer and Transition, Journal of Materials Chemistry A, 2023, [IF 2022=14.511]

全文链接：DOI: 10.1039/d2ta08105a