光催化技术能够直接利用太阳能驱动化学反应，在能源转化和环境治理领域具有广阔前景。然而，光生电子与空穴的快速复合一直是制约其效率的核心瓶颈。压电催化利用材料在机械应力下产生的内建电场驱动电荷分离，但单独使用时依赖持续的外部机械能输入，难以实现纯太阳能驱动。将压电效应与光电效应耦合的“压电-光催化”技术应运而生——外部机械应力（如超声振动、水流剪切、机械搅拌等）在压电半导体中产生压电电势，可有效调控光生载流子的产生、传输、分离与复合行为。然而，目前该领域的研究主要集中于TiO₂、ZnO、CdS等无机压电材料，其可见光吸收范围窄、压电系数有限、能带位置固定，难以满足高效催化需求。

针对上述问题，我校材料科学与工程学院博士生姜雪在田娜副教授、张以河教授和黄洪伟教授的指导下，系统总结了基于扩展框架半导体（EFSs）的压电光催化剂的研究进展，重点阐述其相较于传统无机材料的独特优势：

1.       首次提出“扩展框架半导体”统一概念。本文首次提出一种统合性概念——扩展框架半导体（EFSs），用于归类由共价键、配位键或氢键相互作用构建的一系列二维或三维周期性网络材料。该家族包括晶体碳氮化物（如聚七嗪酰胺（PHI）和聚三嗪酰胺（PTI））、半结晶石墨烯状碳氮化物（g-C₃N₄、C₃N₅）、共价有机框架（COFs）、金属-有机框架（MOFs）以及氢键有机框架（HOFs）。EFSs兼具可调的比表面积、易于功能化、结构动态可控（MOFs/COFs/HOFs的柔韧性及层状碳氮化物中的层间适应性）以及能调控的带隙结构等独特优势，使其成为压电光催化理想的平台。

2.       从环境治理到生物医学：应用版图持续拓展。改综述全面总结了EFSs基压电-光催化剂在环境修复（有机污染物降解、重金属还原、NO去除）、能源转化（水分解产H₂/H₂O₂、CO₂还原、固氮）和生物医学（微生物调控、智能伤口管理）等领域的前沿应用。

3.       从实验室走向实际应用的挑战与机遇。EFSs基压电-光催化技术从实验室研究走向实际应用仍面临若干挑战：压电系数较无机陶瓷低一至两个数量级、真实水体中反离子对极化电场的屏蔽效应、长期机械应力下的结构疲劳等。研究团队呼吁建立标准化的压电-光催化性能测试协议，推动连续流反应器和自支撑纤维膜等工程化器件的开发，并探索固-气反应体系中压电效应的触发方式，将应用拓展至甲烷转化等新兴领域。

本文提供了关于EFSs材料在压电光催化协同策略的新见解，为高效EFSs基压电光催化剂的研发绘制了一条清晰的发展路线图。

图1. 光催化，压电催化和压电-光催化机理示意图

图2.典型的EFSs电光催化剂及其结构优势

图3.根据其基本结构单元的类型对碳氮化物进行分类

图4. COFs的结构调节示意图

图5.无机（节点）和有机（连接子）构建单元组装成三维结构，从而形成金属有机框架（MOFs）的一般形成原理示意图

图6. 有机构造体的代表性连通性和一些具有代表性的HOF拓扑结构

图7. g-C₃N₄、COF、MOF和HOF在压电光催化领域的综合性能雷达图

图8. EFSs的主要改性策略

图9.基于EFSs的压电光催化技术的结构优势、系统、优化策略及应用综述

上述研究成果发表于材料领域国际权威期刊《Advanced Functional Materials》上：Xue Jiang, Na Tian, Pengwei Jia, Yihe Zhang, Hongwei Huang, Extended Framework Semiconductors (EFSs): A Unique and Efficient Platform for Synergetic Piezo-Photocatalysis, Adv. Funct. Mater., 36(2026) e78175.

全文链接: https://doi.org/10.1002/adfm.78175