近年来，全球范围内的水污染日益严重，对生物多样性与人类的身体健康造成了严重的威胁。利用压电材料在水流下产生极化，从而在水中产生自由基，进而降解水体中有机污染物的压电催化体系，在水污染防治中得到了广泛的关注。近十年来，基于氧化锌、钛酸钡、过渡金属硫化物（以二硫化钼为主）等材料的压电催化体系得到了不断的设计与优化，对污染物的分解效率不断提升，应用场景也不断丰富。
然而，目前实验室中设计的压电催化体系与现实应用间尚存在巨大的鸿沟。其中最重要的原因在于压电催化体系大多需要在超声处理时才能达到较高的效率。而在自然界丰富的低频水流下，压电催化效率通常较低。这是因为超声处理时，水体内因超声空化可以产生107~108 Pa的高压强，从而有效极化压电材料，产生自由基。而低频水流带来的压力只有105~106 Pa，难以满足催化反应的要求。为了在低频水流下实现更高的压电催化效率，许多研究者致力于通过对压电材料的设计与改性提高压电材料的活性。然而这通常大大提高了制备成本，且催化效率以及性能稳定性也依然存在较大的提升空间。
图1. 织物基压电催化体系的设计。（a）织物基压电催化体系应用于水处理的示意图。（b）压电催化降解有机污染物的原理。（c）针织结构在宏观压力下的应力分布。（d）针织结构在宏观拉力下的应力分布。（e）梭织结构在宏观压力下的应力分布。（f）梭织结构在宏观拉力下的应力分布。
图2 织物基压电催化体系的性能。（a）罗丹明溶液在30分钟压电催化过程中紫外-可见光谱的变化。插图：罗丹明染料在降解过程中颜色的变化（b）6次循环中罗丹明染料的分解效率。（c）二硫化钼纳米片滴涂次数对压电催化效率的影响。（d）摇床转速对压电催化效率的影响。（e）罗丹明染料初始浓度对压电催化效率的影响。（f）织物基压电催化体系对罗丹明、甲基橙、亚甲基蓝分解效率的对比。
本工作通过引入织物作为压电催化体系的基底，实现了对水流压力的有效放大。从而摆脱了一般压电催化体系对超声的依赖，为压电催化体系利用自然水流动能，实现无源水处理创造了条件，也为水污染的治理提供了一种高效低成本的解决方案。
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
文章链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2023/ta/d2ta09682j
