摩擦催化在电化学、节能和水处理等领域具有重要应用。开发环保型、低成本、高性能摩擦催化剂对实际应用有重要意义。本工作发现了FeOOH纳米棒的高效摩擦催化性能。纳米棒直径、表面积和表面粗糙度等因素对摩擦催化活性具有重要影响，其中FeOOH纳米棒的直径对摩擦催化性能影响显著。超声作用下，优化后的FeOOH纳米棒对罗丹明B（RhB）、酸性橙7（AO7）、亚甲基蓝、甲基橙染料及其混合物表现出优异的摩擦催化降解性能，罗丹明B（Rh B）和混合染料在20 min（k=0.179 min-1）和35 min（k=0.089min-1）范围内均能被有效降解，且FeOOH纳米棒表现出优异的重复使用性能。对催化机理的研究表明，摩擦产生的h+以及产生的·OH和·O2-活性自由基参与了催化反应。这项工作不仅为高性能摩擦催化剂的设计提供了启示，而且证明了通过利用机械能，FeOOH纳米棒是去除废水中的有机污染物的很有前景的材料。
为避免环境污染，迫切需要高效的废水处理技术来处理工业废水。传统的废水处理方法，如物理吸附法、化学沉淀法、电化学氧化法、生物法等，不仅需要昂贵的设备，而且需要消耗大量的化学药品和能源。为了提高处理效率，已开发光催化、压电催化和摩擦催化等高级氧化技术。其中，光催化剂需要合适带隙和足够光能来解决光生电荷载流子复合率高和效率低的问题。对于压电催化，需要具有非中心对称晶体结构和易变形状的压电催化剂，变形后的压电催化剂内部可以产生和压电场，从而促进压电催化反应。因此，压电催化面临着材料利用性有限的难题。相比之下，摩擦催化是物理摩擦和随后的化学反应在催化剂表面的协同效应，不需要特殊的物理性质，也可以使用具有中心对称晶体结构的摩擦催化剂，这拓宽了材料的选择范围。此外，摩擦催化可以利用我们生活环境中广泛存在的可再生机械能，从而减少能源消耗，缓解环境问题。探索环保、低成本、高效的摩擦催化材料在实际应用中是至关重要的。在典型的摩擦催化反应中，当两种不同类型的材料在外力作用下摩擦时，产生正负电荷，随后与反应溶液中的氧分子和OH-/H2O反应生成活性氧物种，从而进一步触发催化反应。近年来，摩擦催化在电解水制氢、产生可燃气体（如CO）、有机污染物降解、Cr6+去除等环境修复方面取得了显著应用。这些结果表明，摩擦催化是通过收集机械能来实现这些应用。特别是在废水处理应用中已经尝试了多种摩擦催化剂材料，并取得了一定的进展。目前报道的大多数摩擦催化剂都面临着催化效率低、成本高和使用粉末催化剂造成的二次污染等问题。克服这些缺点对于促进摩擦催化的实际应用至关重要，但仍具挑战性。纳米结构的摩擦催化剂由于相对丰富的反应活性位点而被广泛使用。然而，纳米材料很容易进入水环境，造成二次污染，这将极大地限制其在废水回收中的应用。因此，良好的催化性能和环境友好特性对于摩擦催化剂的实际应用都是非常重要的。对于实际应用中产生的大量废水，采用实验室离心法很难完全回收粉末催化剂。催化剂的损失是不可避免的，所以希望使用低成本的摩擦催化剂来降低整体工艺成本。摩擦催化仍处于早期阶段，开发环保、低成本、高性能的摩擦催化剂是推动摩擦催化技术实用化的关键。α-FeOOH是一种简单的半导体，仅由一种金属元素Fe组成，而铁元素是地球上第四丰富的元素，由于其天然丰富、成本低廉、环境友好和相对稳定，可以作为理想的催化剂。FeOOH通常用于光催化和电催化，其摩擦催化性能尚不清楚。最近，叶万能教授课题组通过简单的水热工艺合成了α-FeOOH纳米棒，并使用不同的反应温度来调节其尺寸和表面粗糙度。得到的纳米棒在降解各种染料和抗生素表现出高摩擦催化效率。α-FeOOH纳米棒分别表示为FeOOH-100、FeOOH-120、FeOOH-140、FeOOH-160、FeOOH180和FeOOH-200，分别对应于100至200 ℃的反应温度。FeOOH纳米棒的平均直径随着反应温度的升高先增大后减小，其中在FeOOH-160平均直径最大；表面积随着反应温度的升高先减小后增大，其中FeOOH-160表面积最小。结果表明，FeOOH纳米棒的摩擦催化性能呈现先增大后减小的趋势，其中FeOOH-160性能最好。在超声波振动条件下，FeOOH-160能够高效降解多种染料，包括罗丹明B、亚甲蓝、酸性橙7和甲基橙，以及去除抗生素如盐酸四环素、苯酚和双酚A。这项研究指出了环保且低成本的FeOOH催化剂的优异摩擦催化性能，展示了它们通过收集振动机械能处理废水和去除抗生素的前景。
3、图文解读
图1a为不同反应温度下合成FeOOH的XRD图。所有观察到的衍射峰均与标准衍射数据一致，表明在100 ℃~200 ℃下合成的FeOOH样品均为中心对称结构的纯相斜方晶系。图1b显示了FeOOH-160样品的SEM图，该样品表现出均匀的纳米棒形貌。SEM表明，其他FeOOH样品也由纳米棒组成，FeOOH-120、FeOOH-140和FeOOH-160纳米棒的表面含有犁沟，而FeOOH-180和FeOOH-200纳米棒的表面光滑（图S1）。FeOOH样品的氮气吸附-脱附等温线测试结果表明，随着反应温度的升高，FeOOH样品的BET比表面积先减小，FeOOH-160的比表面积最小，然后略有增加（图S1f）。图1c显示了FeOOH-160样品的TEM图，图1c的插图统计了纳米棒的直径分布。主要分布在30~80 nm之间，平均直径约为52 nm。图1d显示了图1c中纳米棒的高分辨TEM (HRTEM)图像，标记的两个晶面的晶格间距分别为0.243和0.272 nm，分别对应于FeOOH的(111)和![]()
晶面。HRTEM图像显示出完整有序的结构，证实这些纳米棒结晶性良好。TEM观察表明，所有其他FeOOH样品也是由纳米棒组成，其平均直径先增大，FeOOH-160达到最大，然后随着反应温度的升高而减小（图S2）。
用XPS研究了FeOOH-160样品的表面元素组成和化学状态（图S3）。除了检测不到的H元素外，XPS测量光谱证实了样品中含有Fe和O元素（图S3a）。图S3b显示了Fe 2p的高分辨光谱，位于710.9 eV和724.5 eV的两个主峰分别归属于Fe 2p3/2和Fe 2p1/2，这与FeOOH中Fe3+的结合能一致。在719.1 eV和733.6 eV处出现两个微弱峰可能是由于Fe2+和Fe3+共存所致。位于713.1 eV和727.9 eV的两个峰归因于Fe2+。图S3c显示了O 1s的光谱，这两个峰位于529.7 eV和531.05 eV，对应于Fe−O−Fe和羟基（-OH）基团。
图1 水热法合成FeOOH纳米棒的晶体结构和形貌(a)不同温度合成FeOOH的XRD图谱，(b)160℃合成FeOOH的SEM图，(c)透射电镜图片和(d)高分辨像。图S1 (a) 120 ℃，(b) 140 ℃，(c) 160 ℃，(d) 180 ℃，(e) 200 ℃制备的FeOOH样品的SEM照片，(f)不同反应温度制备的Fe OOH样品的BET比表面积。
图S2 在(a)100 ℃，(b)120 ℃，(c)140 ℃，(d)180 ℃和(e)200 ℃下制备的FeOOH样品的TEM图像。(f)-(j)对应的直径分布和平均直径。在160 ℃下制备的FeOOH样品的TEM照片和直径分布如图1c所示。图S3 FeOOH-160催化剂的 (a)XPS全谱和(b) Fe 2p(c )O 1s的高分辨率谱。
首先在超声振动下的RhB降解来评价不同反应温度下制备FeOOH催化剂的摩擦催化性能。图2a-f显示了不同催化剂降解RhB溶液的吸收光谱图，结果表明FeOOH纳米棒的催化活性先增加后减小，其中FeOOH-160催化效率最大。图2g显示了相应的降解效率曲线，图2h比较了所获得的反应速率常数（k）值。在20 min内，FeOOH-100、FeOOH-120、FeOOH-140、FeOOH-160、FeOOH-180和FeOOH-200的降解率分别为19%、26%、39%、96%、60%和72%，相应的k值分别为0.010、0.014、0.023、0.179、0.034和0.071 min−1。FeOOH-160催化剂的k值远高于其他催化剂，说明FeOOH-160催化剂具有优异的摩擦催化性能。此外，还通过在黑暗条件下进行适度磁力搅拌降解RhB来研究FeOOH-160催化剂的摩擦催化性能。结果发现，FeOOH-160催化剂在21 h内将RhB降解了84%，如图S4所示，证实了摩擦催化反应。
图2 在a) 100 ℃、b) 120 ℃、c) 140 ℃、d) 160 ℃、e) 180 ℃和 f) 200 ℃下制备的FeOOH催化剂降解RhB吸收光谱；g) 相应的降解效率曲线；h) 不同反应温度下制备的催化剂的反应速率常数比较。图S4 (a) FeOOH-160催化剂在磁力搅拌下降解Rh B的吸收光谱图，(b)降解效率曲线和ln(C0/C)与反应时间的关系曲线，转速为700 r/min。
考虑到摩擦催化反应发生在催化剂表面，所以催化剂的表面积和尺寸是摩擦催化性能的重要影响因素。因此，为了探究这些FeOOH催化剂具有不同摩擦催化活性的原因，图3a总结了k值与这些FeOOH催化剂的表面积和平均直径之间的关系。可以看出，FeOOH催化剂的表面积随着反应温度的升高而减小，在160°C时达到最小，然后略有增大。这些催化剂表面积的变化趋势与它们的摩擦催化性能并不一致，这意味着表面积并不是它们具有不同摩擦催化性能的关键因素。因此，进一步考虑了这些FeOOH纳米棒的平均直径。可以看出，这些FeOOH纳米棒的平均直径先是增大，在160 °C时达到最大，然后减小。这些FeOOH纳米棒的平均直径与其摩擦催化性能相一致，表明这些FeOOH纳米棒的直径对其摩擦催化性能起着关键作用。如图3c所示，FeOOH-160纳米棒在六种催化剂中具有最大的平均直径并表现出最高的摩擦催化性能，这意味着FeOOH-160催化剂与水分子剧烈摩擦并在相同条件下比其他催化剂产生更多的电荷。
通过SEM进一步研究了催化剂的微观结构，如图3a的插图所示。可以看出，这些在160 °C以下制备的纳米棒表面含有犁沟，而在160 °C以上制备的纳米棒表面光滑。FeOOH-120、FeOOH-140和FeOOH-160纳米棒具有相似的形貌。由于直径越大，摩擦催化活性越高，因此表面粗糙度对摩擦催化性能的影响较小。此外，注意到FeOOH-180和FeOOH-200纳米棒表面形态光滑，但其平均直径大于FeOOH-100、FeOOH-120和FeOOH-140纳米棒，且其摩擦催化活性高于后者，这进一步证实了纳米棒直径是决定其摩擦催化活性的最关键因素。
用紫外-可见光漫反射光谱研究了所选FeOOH-120、FeOOH-160和FeOOH-200催化剂的电子结构，如图3b所示，插图显示了其带隙（Eg）。三种催化剂的吸收边没有明显差异，FeOOH-120、FeOOH-160和FeOOH-200催化剂的Eg值估计为2.17 eV，表明在不同温度下制备的催化剂的Eg没有变化。使用XPS-VB测量了FeOOH-160催化剂的价带电位（EVB,XPS）。如图S5a所示，计算出与标准氢电极（EVB,NHE）相关的EVB为1.57 eV。因此，根据Eg和公式EVB=ECB+Eg，计算出FeOOH-160催化剂的导带电位(ECB)为-0.6 eV（相对于NHE）能带结构如图S5b所示。
图3c显示了所选FeOOH催化剂在超声振动下的瞬态摩擦电流密度-时间曲线。注意到FeOOH-160催化剂表现出最高的摩擦电流密度，并且在超声振动条件下进一步证实了摩擦电流输出的稳定性（图S6），表明FeOOH-160催化剂在相同条件下比其他催化剂产生更多的电荷，从而与其优异的摩擦催化性能相一致。因此，FeOOH纳米棒的直径在摩擦催化性能中起着关键作用，而不是表面积、表面粗糙度和电子结构。图3 a)不同温度下制备的FeOOH催化剂的平均直径和比表面积变化趋势，插图为相应的SEM图像；b) FeOOH-120、FeOOH-160和FeOOH-200催化剂的紫外-可见漫反射光谱，插图显示了三种催化剂的带隙；c) FeOOH-200催化剂的瞬态摩擦电流密度-时间曲线。图S5 FeOOH-160催化剂的（a）XPS-VB和(b)能带结构。图S6 FeOOH-160催化剂在超声波振动下的摩擦密度稳定性。
为了验证FeOOH-160催化剂的通用性，除了降解RhB外，还通过降解MB、AO7和MO进一步评估了其摩擦催化活性。不同染料溶液随时间变化的吸收光谱如图4a-c所示。吸收光谱和染料照片均显示MB、AO7和MO染料被有效降解。图4d显示了四种染料的降解效率曲线，并根据ln（C0/C）与反应时间的假一阶动力学曲线估算了相应的k值，如图4e所示。从图4d可以看出，在超声波振动30 min后，RhB、MB、AO7和MO染料在没有催化剂的情况下几乎没有降解。因此，在摩擦催化反应过程中，纯超声波振动对染料降解没有任何影响。相反，在有FeOOH-160催化剂存在的情况下，RhB、MB、AO7和MO在超声波振动20 min和30 min后的降解效率分别达到96%、98%、96%和92%。如图4e所示，RhB、MB、AO7和MO降解的k值分别为0.179、0.127、0.108和0.086 min-1。在四种典型染料中，RhB降解最快，其降解速度分别是MB、AO7、MO的1.4、1.6和2.1倍。
此外，通过在相同条件下多次测试RhB降解，进一步研究了FeOOH-160催化剂的稳定性，如图4f所示，不同循环次数溶液对应的吸收光谱见图S7。显然，在连续五次降解过程后，降解效率没有下降，这表明FeOOH-160催化剂具有良好的循环稳定性和可重复使用性。如图S8所示，对五次循环后的催化剂进行了重新收集，并用XRD和TEM进行了检测。XRD结果表明催化剂晶体结构没有发生变化，TEM结果表明催化剂的形态和结晶度没有发生变化。此外，还测量了新催化剂和使用过的催化剂的红外光谱。如图S9所示，两种光谱无明显差异，证实RhB染料被降解而不是被催化剂吸收。因此，这些结果充分证明了FeOOH-160催化剂具有卓越的摩擦催化活性和良好的循环稳定性。图4 FeOOH-160催化剂在超声振动下降解a) MB、b) AO7、c) MO染料溶液的时间吸收光谱，插图为降解过程中染料溶液的照片；d)相应的降解效率曲线，e) 4种染料溶液的反应速率常数，f) 循环降解RhB效率曲线。图S7 (a)-(e) FeOOH-160催化剂降解RhB溶液的吸收光谱图，(f)连续5个降解周期对应的降解效率。![]()
图S8 (a)FeOOH-160催化剂在连续五次降解循环前后的XRD图。(b)TEM和(c)HRTEM图像显示了纳米棒(b)中黄色点状线框标记的区域经过五次循环后的形貌。![]()
图S9 FeOOH-160催化剂在连续五次降解循环前后的红外光谱图，以及RhB染料的光谱图。为了验证摩擦催化反应过程中活性自由基的持续生成，以对苯二甲酸和氯化硝基四唑蓝（NBT）为分子探针，分别通过荧光光谱和吸收光谱测定了·OH和·O2-活性自由基，如图5a，b所示。从图5a中可以看出，在没有超声波振动的情况下，没有观察到任何信号，但是随着反应时间的延长，425 nm处的荧光特征峰越来越高，这是由于对苯二甲酸分子与生成的·OH活性自由基反应后，生成了荧光的2-羟基对苯二甲酸。同样，通过NBT的还原证实了·O2-活性自由基的产生，如图5b所示。另外，259 nm处的特征峰强度随着反应时间的延长逐渐降低，这表明由于NBT被·O2-活性自由基还原生成噻唑蓝，因此反应溶液中的NBT浓度逐渐下降。测量了电子顺磁共振（EPR）光谱，以进一步验证在二甲基吡啶氧化氮（DMPO）的帮助下生成的·OH和·O2-活性自由基，如图5c，d所示。在没有超声振动的情况下，EPR波谱中没有DMPO-·OH和DMPO-·O2-信号，而随着超声振动时间的延长，·OH和·O2-的峰强度不断增加，这表明·OH和·O2-活性自由基在持续产生。研究表明，在反应过程中，FeOOH-160催化剂不断产生·OH和·O2-活性自由基。对具有代表性的FeOOH-140、FeOOH-160和FeOOH-200催化剂产生的·OH和·O2-活性自由基进行了定量测定，如图S10所示，结果发现FeOOH-160催化剂比FeOOH-140和FeOOH-200催化剂产生更多的·OH和·O2-活性自由基，这与其优异的摩擦催化性能是一致的。在这里，由于FeOOH-160催化剂的直径较大，超声波频率（40 kHz）达到或接近它的共振频率是合理的。在这种情况下，FeOOH-160催化剂与水分子发生剧烈摩擦，比相同条件下的其他催化剂产生更多电荷。因此，与其他催化剂相比，FeOOH-160催化剂产生了更高的摩擦电流密度（图3c）和更多的·OH和·O2-活性自由基（图S10）。为了促进FeOOH催化剂的应用，还需要进一步研究超声频率与FeOOH纳米棒直径之间的关系。
为了进一步确定不同活性自由基在染料降解过程中的贡献，分别使用乙二胺四乙酸二钠（EDTA-2Na）、AgNO3、叔丁醇（TBA）和苯醌（BQ）作为h+、e-、·OH和·O2-的捕获剂，对RhB降解进行了活性物种捕获实验。使用不同捕获剂的RhB溶液随时间变化的吸收光谱见图S11。图5e显示了四种捕获剂对FeOOH-160催化剂的摩擦催化效率的影响，得到的k值如图5f所示。很明显，添加EDTA-2Na（h+捕获剂）、AgNO3（e-捕获剂）、TBA（·OH捕获剂）和BQ（·O2-捕获剂）后，摩擦催化效率显著降低，在40 min内，RhB的降解率分别为23%、58%、24%和36%。结果表明，摩擦产生的h+和e-进一步与H2O/OH-和O2反应，产生·OH和·O2-活性自由基，然后h+以及这些活性自由基降解RhB，如图5d中的k值所示。对AO7的降解也进行了活性物种捕获实验，所得结果表明，h+以及·O2-和·OH参与了AO7的降解，而·OH的贡献略弱于h+和·O2-，如图S12（支持性信息）所示。因此，摩擦催化实验研究表明，FeOOH-160催化剂对RhB、MB、AO7和MO具有高效的摩擦催化降解活性，且h+、·O2-和·OH参与了染料的降解过程。图5 a)检测•OH的2-羟基对苯二甲酸的荧光光谱，b)检测•O2-的NBT吸收光谱随反应时间的变化；检测c)·OH和d)·O2-的EPR谱图；e)对RhB的活性物质捕获实验降解曲线和f)使用FeOOH-160催化剂对不同捕获剂的反应速率常数的比较。
图S10 使用(a)FeOOH-140和(b)FeOOH-200催化剂检测·OH的2-羟基对苯二甲酸的荧光光谱；使用(c)FeOOH-140和(d)FeOOH-200催化剂检测NBT的·O2-的吸收光谱；FeOOH-140、FeOOH-160和FeOOH-200催化剂的(e)·OH和(f)·O2-的产率。2-羟基对苯二甲酸的荧光光谱和使用FeOOH-160催化剂的NBT的吸收光谱如图5所示。图S11 加入(a) EDTA-2Na，(b) AgNO3，(c)TBA和(d) BQ捕获剂时FeOOH-160催化剂降解的RhB溶液的吸收光谱随时间变化的曲线。图S12 FeOOH-160催化剂降解AO7时添加(a)TBA、(b)BQ和(c)EDTA-2Na的吸收光谱；(d)相应的降解效率曲线，(e)ln(C0/C)与反应时间的关系图，以及(f)添加三种捕获剂后反应速率常数的比较。在实际生活中纺织废水通常含有多种有机污染物，因此非常需要一种能够同时去除多种污染物的单一催化剂。为此，进一步研究了FeOOH-160催化剂对混合染料溶液的降解能力。图6a显示了四种染料溶液和制备的混合染料溶液的照片，图6b显示了混合染料溶液随反应时间的降解过程。从图6b中可以看出，混合染料溶液的颜色在35 min内从深红色变为无色。相应的吸收光谱表明，MO、AO7、RhB和MB的四个特征吸收峰同时下降，并在35 min内快速降至水平，如图6c所示。图6d显示了基于伪一级动力学的降解效率曲线和ln(C0/C)与反应时间的关系曲线。超声振动35 min，降解效率达到98%，对应的k值为0.089 min−1，如图6d所示。令人诧异的是，FeOOH-160催化剂对于混合染料溶液降解也表现出优异的摩擦催化性能。此外，还研究了FeOOH-160催化剂用于混合染料降解的循环稳定性，如图S13a、b所示。第10次循环时降解效率保持在约91%，降解效率略有下降，可能是由于收集过程中催化剂的损失，表明了催化剂优异的循环稳定性和可重复使用性。TEM观察证实催化剂的形貌和结晶度在10次循环后没有变化，如图S13c、d所示。因此，我们首次证明FeOOH-160催化剂对于单一或混合染料溶液降解具有优异的摩擦催化效率和优异的循环稳定性。通过收集振动机械能，FeOOH催化剂在处理废水方面具有巨大的潜力。图6 a)四种染料和RhB、AO7、MB、MO的混合染料溶液照片，b) FeOOH-160催化剂降解的混合染料溶液随反应时间的照片，c)混合染料溶液对应的吸收光谱，d)以MO和AO7吸收峰重叠为参考的降解效率曲线和ln(C0/C)随反应时间的变化图。图S13 (a)FeOOH-160催化剂降解混合染料溶液的吸收光谱，(b)连续10个降解周期对应的降解效率。(c)10次循环后催化剂的TEM和(d)HRTEM图像。进一步研究了FeOOH-160催化剂在去除抗生素（即TH、苯酚和BPA）方面的应用，其随时间变化的吸收光谱如图7a-c所示。吸收光谱表明，这三种抗生素都得到了有效降解。相应的降解效率曲线见图7d，ln(C0/C)与反应时间的关系曲线见图7e。TH、BPA和苯酚的参考吸收峰分别为360、276和269 nm。从图7d中可以看出，在没有催化剂的情况下，超声波振动50 min后，除了TH有轻微降解外，BPA和苯酚没有明显降解。结果表明，催化剂在反应过程中对抗生素降解起了关键作用。如图7d所示，在30 min和50 min内，TH、苯酚和BPA的降解效率分别为97%、82%和77%。获得的k值分别为0.114、0.034和0.029 min-1，如图7f所示。因此，除上述四种染料外，FeOOH-160催化剂还对TH、苯酚和BPA具有较高的摩擦催化降解能力，这表明FeOOH-160催化剂也可用于去除废水中的抗生素。图7 在超声波振动下，经FeOOH-160催化剂降解的a) TH、b)苯酚和c)BPA水溶液的吸收光谱；d)相应的降解效率曲线；e) ln(C0/C)与反应时间的关系曲线；f)三种抗生素的反应速率常数比较。基于实验研究，提出了FeOOH纳米棒降解染料/抗生素的摩擦催化反应机理，如图8所示。当反应溶液受到持续的超声波振动时，FeOOH纳米棒与水分子摩擦。当反应溶液受到持续的超声波振动时，FeOOH纳米棒与水分子不断摩擦，FeOOH纳米棒接受电子并因此带负电，而水分子则带正电。因此，在整个摩擦过程中，正电荷（h+）和电子（e-）不断分离。同时，FeOOH表面的电子与反应溶液中溶解的O2结合生成·O2-自由基，而·O2-则直接分解污染物。此外，活性物种捕获实验还发现，·OH活性自由基对RhB（图5e）和AO7（图S12）的降解也起到了关键作用，因此对·OH的来源进行了进一步的探讨。·OH活性自由基的产生有两种途径，第一种途径是通过O2和电子之间的两步还原反应，第二种途径是通过h+和H2O/OH-之间的氧化反应。在第一条途径中，电子首先与O2结合生成·O2-活性自由基，然后进一步转化为H2O2，最后分解为·OH活性自由基。通过使用碘量法监测摩擦催化过程中H2O2的生成，证实了·OH生成的两步还原反应过程，发现H2O2的量随反应时间的增加而增加，如图S14所示。对于第二种途径，进行了活性物种捕获实验以产生H2O2，捕获剂对H2O2产量的影响为推断可能的反应过程提供了进一步的证据，如图S15所示。因此，根据染料降解和H2O2生成的活性物种捕获实验，可以推断出污染物的降解过程如下：图S14 (a)在使用FeOOH-160催化剂的摩擦催化过程中，使用碘量法检测反应溶液中H2O2生成的吸收光谱，(b)H2O2的产率随反应时间的变化。图S15 用碘量法测量反应溶液的吸收光谱，以测定加入(a)AgNO3，(b)BQ，(c)EDTA-2Na和(d)TBA时H2O2的生成量，(e)相应的H2O2生成效率曲线，(f)加入4种捕获剂的FeOOH-160催化剂1h的H2O2产率。4、结论
综上所述，研究了FeOOH-160催化剂通过收集振动机械能来降解染料和抗生素的优异摩擦催化性能。结果表明，FeOOH纳米棒的直径对其摩擦催化性能有较大影响，直径越大的催化剂具有较高的摩擦催化活性。优化后的FeOOH-160催化剂对RhB、MB、AO7和MO染料的降解具有广泛的适用性，反应速率常数分别为0.179、0.127、0.108和0.086 min-1。同时，FeOOH-160催化剂在35 min内同时降解混合溶液中的染料（k=0.089 min-1），并具有优异的循环稳定性和重复使用性。此外，FeOOH-160催化剂对TH、苯酚和BPA具有高效的摩擦催化降解能力。催化机理研究表明，摩擦产生的h+以及产生的·OH和·O2-活性自由基是降解污染物的主要活性物种。FeOOH-160催化剂具有较强的降解染料和抗生素的性能，且合成简单、环境友好、成本低，是一种很有前途的废水处理材料。
5、文章链接
Sun S, Sui X, Yu H, Zheng Y, Zhu X. High tribocatalytic performance of FeOOH nanorods for degrading organic dyes and antibiotics. Small Methods, 2024: 2301784.
