在“双碳”目标与能源—环境可持续发展战略的宏观背景下，绿色催化技术为水环境治理提供了重要突破口。当前，大量有机污染物（如染料、抗生素等）随废水排入水体，严重威胁生态安全与人类健康。摩擦催化作为一种利用机械能驱动污染物降解的新兴技术，能够有效捕获环境中的摩擦能量实现有机污染物的高效去除，具有操作简便、能耗低、材料适应性广等显著优势。因此，开发高效、稳定的摩擦催化深度处理技术，已成为水环境治理领域的前沿研究方向。

近日，明日影视 科研创新团队——环境功能催化与资源绿色利用研究所武峥教授课题组，在国际期刊Nanomaterials（中科院三区，影响因子4.3）上发表题为“Highly efficient tribocatalysis of superhard SiC for water purification”的研究论文。该论文第一完成单位为明日影视 ，明日影视 23级研究生王圆方为第一作者，武峥教授为通讯作者，洪思奇高级工程师、研究生朱紫琦及吴思齐（已赴英国卡迪夫大学攻读博士学位）为共同作者。研究工作得到了国家自然科学基金、陕西省自然科学基金、陕西省高层次人才引进计划（青年项目）、明日影视 博士科研启动基金、陕西省教育厅科研计划项目、江苏省水处理新材料与废水资源化利用工程实验室开放研究基金，以及石油和化学工业吸附法处理有机废水国家重点实验室开放课题的联合资助。

针对现有摩擦催化技术在处理有机污染物时普遍存在的降解效率低、能耗偏高、材料稳定性不足等关键科学难题，该研究创新性地提出利用超硬碳化硅（SiC）颗粒与聚四氟乙烯（PTFE）旋转盘之间的固-固摩擦效应驱动有机染料的高效降解。研究揭示，SiC颗粒具有极高的硬度（莫氏硬度9.2–9.5），在摩擦过程中可在PTFE表面产生微划痕及纳米尺度的缺陷结构，显著增大有效接触面积并暴露大量活性位点，从而强化摩擦电荷的积累与界面电子转移过程。实验结果表明，在600 rpm搅拌条件下反应4小时，SiC颗粒对罗丹明B（RhB）的降解效率高达98.9%，而无催化剂对照组（仅PTFE搅拌）的降解率仅为8.3%，无搅拌对照组（仅SiC静置）的降解率仅为7.0%，充分验证了SiC颗粒在摩擦催化中的主导作用。研究进一步系统优化了搅拌速度、反应温度、染料初始浓度及溶液pH值等关键参数，建立了最优催化反应条件。自由基捕获实验与电子顺磁共振（EPR）分析证实，羟基自由基（·OH）和超氧自由基（·O₂⁻）是降解过程中的主要活性物种。此外，SiC颗粒在五次循环使用后仍保持优异的降解性能，展现出卓越的稳定性与可循环利用性。该研究还验证了SiC对亚甲基蓝（MB）和甲基橙（MO）等多种染料的普适性降解效果，进一步彰显其广泛的应用潜力。

SiC颗粒摩擦催化机理示意图

该研究成果不仅为工业废水中有机污染物的深度降解提供了一种兼具高催化活性、低材料成本与优异稳定性的绿色催化体系，更通过摩擦机械能驱动模式实现了对环境机械能的高效利用，显著降低了处理过程的外部能耗。该技术的推广应用，将有力提升工业废水深度处理能力，切实改善水生态环境质量，对保障国家水环境安全与推动绿色低碳技术发展具有重要的战略意义与广阔的应用前景。

文章链接：//doi.org/10.3390/nano15151206

【课题组导师简介】

武峥，中国地质大学（北京）环境科学与工程专业博士、教授、博士生导师，入选陕西省高层次人才引进计划。主要从事新型催化技术及在染料废水处理、分解水制氢、二氧化碳还原、固氮、过氧化氢合成等环境能源应用研究。2023-2025年连续入选爱思唯尔与斯坦福大学联合发布的全球前2%顶尖科学家榜。主持国家自然科学基金两项、省部级科技项目多项，荣获省自然科学二等奖等。现有在读研究生10名。

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详细个人信息请见//mingriyy.com/info/1008/2631.htm

【课题组研究生简介】

王圆方：（1999-），女，山西运城人。2023级环境工程专业硕士研究生。

（撰稿：王圆方 审核：武峥）