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  近年來，全球范圍內(nèi)的水污染日益嚴(yán)重，對生物多樣性與人類的身體健康造成了嚴(yán)重的威脅。利用壓電材料在水流下產(chǎn)生極化，從而在水中產(chǎn)生自由基，進而降解水體中有機污染物的壓電催化體系，在水污染防治中得到了廣泛的關(guān)注。近十年來，基于氧化鋅、鈦酸鋇、過渡金屬硫化物（以二硫化鉬為主）等材料的壓電催化體系得到了不斷的設(shè)計與優(yōu)化，對污染物的分解效率不斷提升，應(yīng)用場景也不斷豐富。

  然而，目前實驗室中設(shè)計的壓電催化體系與現(xiàn)實應(yīng)用間尚存在巨大的鴻溝。其中最重要的原因在于壓電催化體系大多需要在超聲處理時才能達到較高的效率。而在自然界豐富的低頻水流下，壓電催化效率通常較低。這是因為超聲處理時，水體內(nèi)因超聲空化可以產(chǎn)生10⁷~10⁸ Pa的高壓強，從而有效極化壓電材料，產(chǎn)生自由基。而低頻水流帶來的壓力只有10⁵~10⁶ Pa，難以滿足催化反應(yīng)的要求。為了在低頻水流下實現(xiàn)更高的壓電催化效率，許多研究者致力于通過對壓電材料的設(shè)計與改性提高壓電材料的活性。然而這通常大大提高了制備成本，且催化效率以及性能穩(wěn)定性也依然存在較大的提升空間。

圖1. 織物基壓電催化體系的設(shè)計。（a）織物基壓電催化體系應(yīng)用于水處理的示意圖。（b）壓電催化降解有機污染物的原理。（c）針織結(jié)構(gòu)在宏觀壓力下的應(yīng)力分布。（d）針織結(jié)構(gòu)在宏觀拉力下的應(yīng)力分布。（e）梭織結(jié)構(gòu)在宏觀壓力下的應(yīng)力分布。（f）梭織結(jié)構(gòu)在宏觀拉力下的應(yīng)力分布。

圖2 織物基壓電催化體系的性能。（a）羅丹明溶液在30分鐘壓電催化過程中紫外-可見光譜的變化。插圖：羅丹明染料在降解過程中顏色的變化（b）6次循環(huán)中羅丹明染料的分解效率。（c）二硫化鉬納米片滴涂次數(shù)對壓電催化效率的影響。（d）搖床轉(zhuǎn)速對壓電催化效率的影響。（e）羅丹明染料初始濃度對壓電催化效率的影響。（f）織物基壓電催化體系對羅丹明、甲基橙、亞甲基藍分解效率的對比。

  本工作通過引入織物作為壓電催化體系的基底，實現(xiàn)了對水流壓力的有效放大。從而擺脫了一般壓電催化體系對超聲的依賴，為壓電催化體系利用自然水流動能，實現(xiàn)無源水處理創(chuàng)造了條件，也為水污染的治理提供了一種高效低成本的解決方案。

  文章信息：Jidong Shi^*, Su Yang, Zetao Zheng, Jiyu Li, Liu Wang^*, Wei Zeng, Liusi Yang, Ying Xiong, Zhengyuan Jin and Xiaoming Tao^* J. Mater. Chem. A, 2023, DOI: 10.1039/D2TA09682J

  文章鏈接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2023/ta/d2ta09682j