在1T/3R-MoS2材料上，通过低压空气压力有效触发纯压催化作用，实现了有机和无机污染物的超快降解

《Journal of Water Process Engineering》：Ultrafast degradations of organic and inorganic pollutants by sole piezocatalysis efficiently triggered with low air pressure on 1T/3R-MoS 2

本文提出通过低气压触发MoS?的压电催化作用实现废水快速处理，有机污染物（如甲基蓝）和无机污染物（如亚硝酸盐）的降解率分别达99.5%和91.5%，具有高效、低成本和易回收优势，理论模拟证实其环境友好特性。

　　随着全球人口的迅速增长和化学污染物排放的增加，废水处理和回收变得愈发重要。本文介绍了一种利用压电催化作用，在低气压条件下实现对有机和无机污染物的超快速降解的新方法。实验结果显示，有机污染物甲基蓝的降解率在75秒内达到了99.5%，而无机污染物亚硝酸盐的降解率在1200秒内达到了91.5%。这一降解效率显著高于以往报道的其他方法。此外，有机和无机污染物共存的情况下，压电催化效率得到了进一步提升。特别地，商业化的二硫化钼（MoS?）通过这种气压激发方法可以被高效激活，这在以往的其他方法中难以实现。这一方法不仅适用于有机污染物的降解，还能够有效处理其他类型的有机污染物。实验还发现，在中性或弱碱性环境中，降解速率更高，而在多种水源中，高降解效率（>90%）也能够实现。理论模拟支持了实验结果，表明通过低气压激活MoS?的压电催化作用，是一种新的、环保且低成本的方法，有助于废水净化和能源节约。

在过去的一个世纪里，地球人口的迅速增长导致了资源的大量消耗。随着工业和农业的发展，大量化学产品如染料、药品、化妆品、农药和化学肥料被生产出来，并持续排放到人口密集地区及附近的河流中。这些污染物不仅对水体和生态环境造成污染，也对人类健康构成威胁。由于人类生活、工业和农业中对纯净水的需求日益增加，废水的有效处理和回收成为实现可持续发展的关键环节。因此，废水处理和净化技术的重要性不断提升，成为保护人类健康和环境的重要手段。

然而，目前仍然存在一些挑战，尤其是在如何高效、低风险地处理难以降解的污染物方面。尽管已经开发出多种方法，如电催化、光催化、芬顿反应和过硫酸盐活化等，但每种方法都有其局限性。例如，电催化仅适用于有限的化学反应，并且由于副反应的存在，其应用受到限制。光催化虽然具有一定的降解能力，但其光吸收效率较低，导致反应速度缓慢。而基于金属有机框架（MOFs）的光催化方法虽然显示出潜力，但MOFs材料稳定性差、导电性低以及质量传递效率低，限制了其实际应用。芬顿反应虽然在特定pH范围内有效，但其过程通常伴随着多种竞争反应，且铁离子在反应中容易与其他成分反应，生成含铁污泥，这不仅增加了处理成本，还可能引发二次环境污染。过硫酸盐活化方法虽然被报道用于污染物降解，但其催化循环速率较慢，且氧化剂的利用效率不高，难以满足实际需求。

近年来，压电催化作为一种新型的氧化还原机制，受到了广泛关注。压电催化利用压电效应，即当压电材料受到机械变形时，能够产生电子和空穴，从而引发一系列氧化还原反应。这些反应可以产生活性氧物种，进而降解污染物。与需要特定光源的光催化相比，压电催化无需额外的化学试剂，仅需机械力和催化剂即可进行，这使其在操作简便性、效率和成本方面具有显著优势。此外，压电催化能够在多种条件下运行，便于与其他机制结合，进一步提升污染物的降解效果。这些特点表明，压电催化在废水处理领域具有广阔的应用前景。

目前，许多压电材料如钛酸钡（BaTiO?）、氧化锌（ZnO）、压电陶瓷（PZT）、二氧化锡/多壁碳纳米管（SnO?/MWCNT）等已被用于压电催化。虽然一些材料如BaTiO?具有较高的压电应变系数（d??为90–190 pC/N），以及PZT具有更高的d??值（300–510 pC/N），但它们在污染物降解方面的效率却相对较低，限制了其实际应用。此外，许多压电材料的高成本、复杂的制备工艺以及低产量，也进一步阻碍了其在实践中的推广。

相比之下，二硫化钼（MoS?）作为一种具有中等压电应力系数（e??为2.9×10?1? C/m）和较低压电应变系数（d??为3.61 pC/N）的材料，展现出优异的压电催化性能。同时，MoS?具有较低的成本和简便的制备过程，使其在实际应用中更具优势。然而，传统方法中，超声波振动通常被用作压电催化的激发源，但这种方法存在诸多问题，如反应速率低、能量转换效率不高、催化剂损坏严重且难以回收。虽然超声波能够产生强烈的振动，但其引发的材料变形程度有限，导致能量转换效率较低。此外，超声波的产生需要较高的功率，这不仅不利于能源节约，还可能对环境造成额外负担。因此，寻找一种高效、环保且低成本的激发方法成为当前研究的热点。

为了应对这些挑战，本文提出了一种新的激发方法，即利用低气压作为压电催化的激活源，从而实现对有机和无机污染物的超快速降解。实验中使用的催化剂是通过水热法合成的1T/3R-MoS?纳米花（NFs），其直径范围为200–500纳米，具有较大的比表面积，从而增强了其对机械变形的敏感性。通过系统研究气压、pH值和水源等因素对污染物降解的影响，实验结果表明，这种新的方法能够显著提高降解效率，并且在多种水环境中均能实现高降解率（>90%）。此外，该方法还能够有效回收和收集催化剂，减少了对环境的负面影响。

综上所述，本文首次提出了一种利用低气压激活二硫化钼压电催化的新方法，为实现有机和无机污染物的快速降解提供了一种环保且低成本的解决方案。实验结果表明，这种新方法不仅能够提高降解效率，还能够在多种水环境中有效运行，为废水处理技术的发展提供了新的思路。