闡明結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系對(duì)于設(shè)計(jì)高性能壓電催化劑至關(guān)重要。2026年3月11日，暨南大學(xué)朱明山等人在國(guó)際知名期刊Nature Communications發(fā)表題為《Self-regulation of Lewis acid sites on FeOCl toward piezo-self-Fenton reaction for continuous hydroxyl radicals generation》的研究論文，Haojie Dong、Yuanyi Zhou為論文共同第一作者，朱明山為論文通訊作者。

在本文中，作者以氯氧化鐵（FeOCl）為模型壓電催化劑，系統(tǒng)地研究了由壓電電位誘導(dǎo)的表面性質(zhì)演變。除促進(jìn)載流子動(dòng)力學(xué)外，誘導(dǎo)的壓電電位還實(shí)現(xiàn)對(duì)表面路易斯酸位點(diǎn)的原位調(diào)控。在施加機(jī)械應(yīng)力下，F(xiàn)eOCl以及其他經(jīng)典壓電催化劑（如BaTiO?、BiTiO?和BiFeO?）的表面路易斯酸性得到動(dòng)態(tài)增強(qiáng)。因此，在FeOCl壓電催化劑上實(shí)現(xiàn)了對(duì)路易斯堿性弱于H?O?的O?分子的活化和連續(xù)轉(zhuǎn)化。

FeOCl催化劑的非均相芬頓活性被升級(jí)為更先進(jìn)的壓電自芬頓活性，在超聲振動(dòng)下能高效產(chǎn)生羥基自由基（556.8 μmol g?1 h?1）。FeOCl壓電自芬頓體系在處理抗生素廢水方面表現(xiàn)出卓越的廣譜降解效率、操作穩(wěn)定性和可擴(kuò)展性。本工作強(qiáng)調(diào)了通過誘導(dǎo)壓電電位對(duì)表面性質(zhì)進(jìn)行原位調(diào)控是壓電催化劑的一個(gè)新特征，這有助于增強(qiáng)壓電催化活性，甚至改變反應(yīng)路徑。

壓電催化已成為一種可持續(xù)且成本效益高的環(huán)境修復(fù)策略。該技術(shù)將環(huán)境中的機(jī)械能（如聲、波和振動(dòng)）轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，實(shí)現(xiàn)了不受地點(diǎn)和時(shí)間限制的按需、原位能源利用。在壓電催化過程中，具有壓電性的催化劑在響應(yīng)外部機(jī)械應(yīng)力時(shí)會(huì)產(chǎn)生誘導(dǎo)的表面電位，引發(fā)催化反應(yīng)。提高壓電催化活性對(duì)于該技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用至關(guān)重要。近年來，研究人員在探索具有強(qiáng)壓電性的催化劑以及通過材料工程構(gòu)建活性位點(diǎn)方面做出了巨大努力。然而，仍需對(duì)壓電催化劑的結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系進(jìn)行深入研究，這可能為高性能壓電催化劑的合理設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。

壓電催化活性是誘導(dǎo)的壓電電位作用于表面活性位點(diǎn)的結(jié)果。機(jī)械能以及表面能補(bǔ)償了目標(biāo)反應(yīng)物的活化能壘，促進(jìn)了催化反應(yīng)。壓電電位的積極作用主要體現(xiàn)在促進(jìn)載流子動(dòng)力學(xué)上。例如，Ding等人證實(shí)，在超聲振動(dòng)下，氯氧化鐵（FeOCl）催化劑對(duì)雙酚A降解的非均相芬頓活性通過誘導(dǎo)的壓電電位增強(qiáng)了18倍。作者最近的研究也強(qiáng)調(diào)了在誘導(dǎo)壓電電位所在的表面構(gòu)建活性位點(diǎn)的重要性，可有效地連接壓電響應(yīng)和表面催化的過程。

除了促進(jìn)載流子動(dòng)力學(xué)，誘導(dǎo)的壓電電位還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)表面性質(zhì)的原位調(diào)控，這是提高壓電催化活性的另一個(gè)關(guān)鍵問題。Wang等人報(bào)道了在超聲振動(dòng)下，羥基磷灰石壓電催化劑表面路易斯酸/堿位點(diǎn)增加的現(xiàn)象，為壓電催化的機(jī)理提供了新的見解。然而，對(duì)壓電電位原位調(diào)控行為的探索仍處于起步階段。闡明相關(guān)機(jī)理將有助于指導(dǎo)壓電催化劑的改性和優(yōu)化。

基于此，作者選擇了FeOCl作為具有本征非均相芬頓活性和壓電性的模型催化劑。重點(diǎn)關(guān)注在施加機(jī)械應(yīng)力過程中FeOCl表面性質(zhì)的演變。通過誘導(dǎo)壓電電位實(shí)現(xiàn)的原位路易斯酸（LA）位點(diǎn)工程得到了驗(yàn)證，并擴(kuò)展到了常見的壓電催化劑。更重要的是，F(xiàn)eOCl表面LA位點(diǎn)的原位調(diào)控將反應(yīng)路徑從非均相芬頓反應(yīng)（H?O? → HO?）轉(zhuǎn)換為非均相壓電自芬頓反應(yīng)（O? → H?O? → HO?）。實(shí)現(xiàn)了對(duì)路易斯堿性弱于H?O?的O?分子的活化和連續(xù)轉(zhuǎn)化。

在無需輸入H?O?的情況下，通過壓電自芬頓過程，F(xiàn)eOCl在超聲振動(dòng)下實(shí)現(xiàn)了高效的HO?生成（556.8 μmol g?1 h?1）。這種壓電自芬頓活性可與最先進(jìn)的均相和非均相芬頓活性相媲美，在處理含抗生素廢水中顯示出巨大潛力。FeOCl壓電自芬頓系統(tǒng)在模擬廢水模型和制藥廢水中都驗(yàn)證了其對(duì)多種抗生素污染物的無與倫比的廣譜降解效率。本工作強(qiáng)調(diào)了催化劑的壓電效應(yīng)對(duì)表面性質(zhì)的原位調(diào)控是一種普遍現(xiàn)象，為優(yōu)化高性能壓電催化系統(tǒng)提供了深刻的見解。

總之，作者通過系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究和理論分析充分證實(shí)，由誘導(dǎo)壓電電位實(shí)現(xiàn)的原位路易斯酸（LA）位點(diǎn)工程是壓電催化劑的一個(gè)新特征，且適用于常見的壓電催化劑。具體而言，對(duì)于FeOCl壓電催化劑，誘導(dǎo)的壓電電位除了促進(jìn)載流子動(dòng)力學(xué)外，還實(shí)現(xiàn)了表面路易斯酸性的增強(qiáng)。因此，在FeOCl壓電催化劑的LA位點(diǎn)上，實(shí)現(xiàn)了對(duì)路易斯堿性弱于H?O?的O?分子的活化和轉(zhuǎn)化。

FeOCl催化劑的非均相芬頓活性被升級(jí)為更先進(jìn)的壓電自芬頓活性，在超聲振動(dòng)下能高效產(chǎn)生羥基自由基（556.8 μmol g?1 h?1）。在SMZ降解方面，F(xiàn)eOCl壓電自芬頓系統(tǒng)的性能可與FeOCl/H?O?非均相芬頓系統(tǒng)和Fe2?/H?O?均相芬頓系統(tǒng)相媲美。此外，通過模擬廢水模型和真實(shí)含抗生素廢水的驗(yàn)證，F(xiàn)eOCl壓電自芬頓系統(tǒng)對(duì)多種抗生素污染物表現(xiàn)出無與倫比的廣譜降解效率。本工作為壓電催化劑的結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系以及高性能壓電催化系統(tǒng)的優(yōu)化提供了深刻的見解。

Self-regulation of Lewis acid sites on FeOCl toward piezo-self-Fenton reaction for continuous hydroxyl radicals generation. Nat. Commun., (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70327-0.

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