南京师范大学何欢团队Nature Communications!!应变工程赋能MoSe₂:打破压电催化瓶颈,实现污染物高效转化与资源回收

将废水中有机污染物转化为有价值的化学品，而非彻底矿化为二氧化碳，是实现环境修复与资源回收的双赢策略。然而，传统压电催化过程受限于电荷快速复合与高昂的反应能垒，导致转化效率低下。2026年3月31日，南京师范大学何欢团队与广州大学刘兆清团队合作在《自然-通讯》上发表了创新性研究成果。他们成功开发出一种具有晶格应变的二硒化钼（LS-MoSe₂）压电催化剂。该催化剂在过一硫酸盐与超声波协同作用下，对典型有机污染物苯酚实现了高达100%的降解效率，并同步将其升级转化为一氧化碳，产量达到155.60微摩尔每克，性能显著优于未应变的对比催化剂。这项工作不仅展示了一种高效的废水处理与资源化技术，更从机制上揭示了晶格应变对催化反应路径的深刻影响，为设计高性能压电催化体系提供了全新思路。

该研究的核心突破在于，通过引入晶格应变，从根本上优化了催化剂的电子结构与反应机制。理论计算与实验表征共同表明，拉伸应变有效调控了钼活性位点的局域电子环境，使其d带中心更接近费米能级。这一变化增强了催化剂与关键碳中间体（如CO₂和COOH）之间的轨道杂化与电子相互作用，显著降低了COOH生成与CO脱附的能垒，从而加速了整个碳还原过程。更为重要的是，应变工程改变了反应路径：传统的还原过程依赖于水分解产生的活性氢原子（H）进行加氢，但LS-MoSe₂优化后的电子结构抑制了H₂O的解离与H的形成，转而促使反应通过更高效的质子耦合电子转移机制进行。该机制使得碳中间体可直接捕获催化剂表面的电子，并从周围水分子网络中获得质子，有效避免了副反应，提升了目标产物一氧化碳的选择性与生成动力学。

除优异的苯酚转化性能外，该研究还系统评估了LS-MoSe₂催化剂的普适性与实用性。研究表明，该体系可广泛应用于处理多种难降解污染物，包括抗生素、染料乃至微塑料，并具备良好的循环稳定性。进一步的生物毒性评估与生命周期分析表明，经该体系处理后的废水生物毒性显著降低，且整个过程相较于传统高级氧化工艺更具环境友好性。这项成果深化了对应变工程调控压电催化性能的理解，证实了通过精细调控催化剂本征属性而非依赖外部助催化剂，同样能实现反应动力学的优化。它为同步实现废水深度净化与碳资源回收提供了一条切实可行的技术路径，对推动水处理领域的低碳化发展具有重要指导意义。