超氧离子（O₂⁻）作为一种的活性氧物种，在催化领域发挥着重要作用，尤其是在环境治理如空气净化和污水处理中。其触媒（催化）作用原理的在于其极强的氧化还原能力和的反应途径。
超氧离子（O₂⁻）是氧分子（O₂）获得一个额外电子形成的带负电荷的离子。其催化作用通常始于催化剂（如某些金属氧化物或负载型）表面吸附的氧气（O₂）。在光能、热能或特定化学环境提供的能量激发下，吸附的O₂分子从催化剂或环境中获得一个电子，转变为超氧离子（O₂⁻）。这个过程往往发生在催化剂的活性位点上。
一旦生成，O₂⁻凭借其强氧化性（高还原电位）和自由基特性，能够地与吸附在催化剂表面或附近的有机污染物（如挥发性有机物VOCs、染料、残留）以及部分无机污染物发生反应。其主要的攻击方式包括：
1. 电子转移： O₂⁻可以夺取污染物分子中的电子，将其氧化。
2. 亲核加成/氢提取： O₂⁻可以进攻有机分子中的不饱和键或从分子中抽取氢原子，引发自由基链式反应。
3. 生成更强活性氧： O₂⁻可以进一步反应生成其他活性氧物种（如羟基自由基·OH、单线态氧¹O₂），这些物种通常具有更强的氧化能力，能更地降解顽固污染物。
在催化循环中，污染物分子被O₂⁻及其衍生出的活性氧氧化分解为小分子（如二氧化碳CO₂、水H₂O）或无害的中间产物。与此同时，催化剂本身在反应结束后通常恢复到初始状态（或通过环境中的氧气补充电子），可以继续催化新的氧气分子转化为O₂⁻，从而持续不断地降解污染物，实现了催化循环。
总而言之，超氧离子触媒的作用原理是通过催化剂促进氧气分子活化为高活性的超氧离子（O₂⁻），该离子通过电子转移、自由基反应等方式直接氧化污染物，或引发产生更强氧化性的活性氧物种（如·OH），终将污染物矿化。催化剂则在反应循环中不断再生，维持的催化降解过程。