ACS Catal. | 福建农林大学帅李教授团队在光催化领域取得新进展

2026年9月，ACS Catalysis《ACS催化》杂志在线发表了福建农林大学帅李教授团队在光催化产H2O2领域的最新研究成果。本工作基于团队前期的研究基础（Nat. Commun.2025,16, 7476;Adv. Mater.2026,38, e20384;Energy Environ. Sci.,2026, 19, 486-495;ACS Catal.2025,15, 13568-13580;eScience,2025,5, 100370;eScience,2026,6, 100562等），提出了一种尺寸最小化的富氮氮化碳压电光催化剂KCN。通过NaCl/KCl熔盐处理，在C3N5中同步引入氰基缺陷与层间K+/Na+，并将块体材料调控为小尺寸纳米片。氰基缺陷作为强吸电子位点，K⁺/Na⁺作为电子俘获中心，二者共同强化电子汇效应；与此同时，小尺寸纳米片显著增强压电极化，构筑更强的内建电场（BIEF），促进光生载流子的定向迁移及O2/H2O的吸附活化。在纯水体系中，KCN在可见光与超声协同条件下实现7432 μmolg-1h-1的H2O2生成速率，420 nm下表观量子产率（AQY）达到5.3%；纯光催化条件下太阳能-化学能转化效率（SCC）达到0.84%。机理研究表明，H2O2主要经两步单电子的2e-氧还原路径生成，并伴随少量4e-水氧化贡献。团队成员王兆强、丁桂祥、杨斌为论文共同第一作者，王佳、帅李、倪永浩、廖光福为论文共同通讯作者。

H2O2是重要的绿色氧化剂与潜在碳中和能源载体，但传统蒽醌法存在能耗高、流程复杂和有机废物排放等问题。近年来，福建农林大学廖光福教授等将生物质材料引入光催化H2O2合成体系，重点探索了生物质界面氢键网络对质子耦合电子转移过程的调控作用。以羧基化纳米纤维素为质子供体和界面桥联组分，通过其丰富的羧基/羟基与氮化碳形成氢键网络，实现质子向电子富集位点的定向迁移及质子-电子同步转移，H2O2生成速率达到1473 μmol L-1 h-1。随后，团队进一步将该策略拓展至CdS/g-C3N4 S-scheme 异质结体系，通过协同增强电荷分离和质子供给，使纯水体系H2O2生成速率达到2867 μmol L-1 h-1，进一步说明生物质不仅可以作为碳源或载体，还可以作为主动参与界面 PCET的功能组分（eScience,2026,6, 100562）。上述研究表明，通过生物质界面工程调控质子与电子的协同传输能够有效突破H2O2光合成中的PCET动力学瓶颈；在此基础上，进一步从氮化碳的本征电子结构、缺陷位点及极化电场等层面强化电荷分离与迁移，有望进一步突破H2O2光合成的动力学瓶颈并提升太阳能转化效率。本文首次提出了一种具有氰基空位和层间K+/Na+（KCN）结构的尺寸最小化富氮氮化碳（C3N5）压电光催化剂，用于纯水中高效制备H2O2，其中氰基空位作为强吸电子位点，提高了局部负电荷密度，而K+/Na+离子作为电子陷阱，提高了电荷分离效率。同时，纳米片的尺寸最小化放大了压电极化，这些协同效应诱导了一个强大的BIEF，它驱动了电荷的定向迁移，增强了O2和H2O的吸附和活化。

论文链接：https://doi.org/10.1021/acscatal.6c05165

以上研究工作获得了国家自然科学基金、中国科协青年人才托举工程项目和福建省自然科学基金面上项目等经费支持。

研究团队帅李教授和廖光福教授简介：

帅李，博士、教授、博（硕）士生导师，国家杰出青年科学基金获得者、“十四五”国家重点研发计划首席科学家，入选中组部“海外高层次人才计划”青年项目、福建省高层次Ａ类人才、国家林草局青年拔尖人才等。主持美国国家科学基金、国家自然科学基金、国家重点研发计划项目等。研究成果以第一作者或通讯作者在Nature、Nature Communications、Science、The Innovation、Science Advances、Nature Communications、Trends in Chemistry、Energy & Environment Science、Angewandte Chemie International Edition等期刊上发表。获得威斯康辛州杰出研究生奖、国际木材科学院年度博士论文金奖、蔡伦青年科技奖、中国化学会纤维素专委会青年学者奖、团中央“新时代青年先锋”称号等。研究方向为生物质资源高值化利用，研究如何将纤维素、木质素等可再生资源催化转化为燃料、化学品和材料。

廖光福（1992.03-），博士、教授，入选中国科协“青年人才托举工程”、闽江学者奖励计划“特聘教授”、福建省优青、福建省高层次C类人才、福建农林大学“百人攀登计划”培育项目、2022年Journal of Materials Chemistry A新锐科学家、2023年Chemical Communications新锐科学家及2025年Nanoscale新锐科学家，担任《eScience》（影响因子42.9）、《Nano-micro Letters》（影响因子36.3）、《Advanced Fiber Materials》（影响因子17.2）、《Nano-Micro Letters》（影响因子36.3）、《林业工程学报》、《东华大学学报》等期刊青年编委。长期从事光催化技术的开发和应用、生物质的高值化利用等研究，积累了丰富的光催化剂设计与开发、生物质高值化催化转化、反应机制解析及理论计算等基础和技能。近五年来，以第一/通讯作者身份在Science Bulletin（1篇）、Nature Communications（1篇）、Energy & Environmental Science（3篇）、Advanced Materials（1篇）、Angewandte Chemie International Edition（1篇）、Advanced Functional Materials（2篇）和ACS Catalysis（1篇）等国际知名期刊发表学术论文70余篇（其中，影响因子>10，30篇；影响因子>30，5篇）；授权中国发明专利11项（成功转让1项）；并参编英文和中文专著各1部。作为负责人主持包括国家自然科学基金面上项目和青年项目在内的多项科研项目。申请人的研究工作受到国内外权威杂志和同行专家的高度关注和引用（Google Scholar统计近五年总引用次数达10000余次，h指数为62，15篇入选ESI高被引论文，并连续四年入选《全球前2%顶尖科学家》榜单）。

来源：福建农林大学