从纯水中同时制取氢气（H₂）和过氧化氢（H₂O₂）是一种理想的将太阳能转化为化学能的途径。传统全分解水过程中O₂的产生需要克服较高的反应能垒，使反应不易进行。近年来，将水分解途径设计为同时产生H₂和高附加值液体氧化剂H₂O₂，成为一种安全且经济的新策略。C₃N₅因其三唑/三嗪杂化的不对称结构，具有本征偶极和压电响应潜力，为构建压电-光催化协同体系提供了理想平台。然而，其电荷复合快、活性位点不足等问题仍制约着催化性能。因此，构建兼具高效电荷分离与多活性位点的催化体系至关重要。

针对上述难点，我校材料科学与工程学院博士生高路在田娜副教授、张以河教授和黄洪伟教授的指导下，采用羟基和氰基修饰的C₃N₅的策略，调控电子-空穴定向迁移，并优化表面电位和偶极矩，用于高效压电光催化分解纯水产H₂ 和 H₂O₂反应：

1.    创新合成策略：采用熔盐法调控保温时间对C₃N₅进行结构重构，成功接枝了羟基和氰基，显著增强材料极性和亲水性。

2.    卓越的压电-光催化性能：在纯水（无牺牲剂）、无贵金属沉积条件下，MCN-8实现了H₂和H₂O₂的高效联产，性能超越单一光催化或压电催化性能。

3.    深度阐释机理：结合原位表征与理论计算，揭示了表面基团引导的分子内电荷转移路径、质子循环机制以及压电极化促进水氧化的动力学过程。

4.    实际应用潜力：所制备的MCN-8/PVDF-HFP复合薄膜在户外光照与超声条件下仍保持稳定的产H₂和H₂O₂性能，展示了实际应用的可行性。

本文提供了关于压电光催化协同策略的新见解，有望为实现水完全分解的催化剂的开发提供新的思路。

图1. MCN-8的合成示意图，XRD图，扫描电镜图、透射电镜图和水接触角照片

图2. 结构表征与化学态分析

图3. 催化剂的催化性能评估

图4. 电荷分离与压电性能研究

图5. 电子结构分析与反应机理探究

图6. 理论计算与反应机制总结

上述研究成果发表于材料领域国际权威期刊《Angewandte Chemie International Edition》上：Lu Gao, Chaofan Yuan, Wenying Yu, Sheng Guo, Na Tian*, Xiaolei Zhang, Yihe Zhang*, Hongwei Huang*. Piezoelectric Polarization Optimized Photocharge Separation and Surface Proton Cycling for Efficient Pure Water Splitting. Angewandte Chemie International Edition, 2026, e25592.

全文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202525592