随着水污染的持续加剧，开发高效、先进的水处理技术已刻不容缓。光催化自芬顿技术可原位生成并即时消耗H₂O₂，应用前景良好，但实际应用中仍存在挑战：外加Fe²⁺易产生铁泥，造成二次污染；H₂O₂光催化合成效率有限，限制了反应效能的提升。采用无金属、制备工艺简单且成本低廉的氮化碳（CN）光催化剂，利用O₂和H₂O在光照条件下原位合成绿色且能量密度高的H₂O₂，是实现H₂O₂可持续制备的理想途径，然而，对CN中电荷行为的定向调控，以及实现双路径光催化合成H₂O₂并促进其有效分解，仍面临较大挑战。近日，环境友好材料制备与应用教育部重点实验室刘春波教授领衔的靶向识别与光催化团队设计并构建了一种具有强内建电场的CN光催化剂，成功实现了双路径光合成H₂O₂，并在此基础上发展了无需外加Fe²⁺的光催化自芬顿体系。

图1 图文摘要

该研究采用2-(1H-吡唑-3-基)吡啶掺杂结合熔盐辅助煅烧的策略，成功构建了一种K⁺、-C≡N和吡啶环共掺杂的具有强内建电场的CN光催化剂。该材料具有充分暴露的活性位点、丰富的边缘C-NH_x基团、提升的光吸收能力及增强的O₂的吸附与活化能力。通过构建分子内D-A一体化结构，有效驱动了强内建电场的形成，使表面光电压达到2.45 mV（为原始CN的1622.5倍），表面电位达到43.8mV（为原始CN的4.5倍）。通过双路径光合成反应机制，H₂O₂的光合成速率达到9396.7 μmol g^-1 h^-1，为原始CN的57倍。基于该材料构建的无Fe²⁺参与的光催化自芬顿体系可在20 min内实现对100 mg·L^-1四环素98%的降解，降解速率常数是常规光催化体系的2.25倍。该研究为构建具有强内建电场的CN光催化剂提供了一种新策略，同时为双路径光合成H₂O₂及发展无Fe²⁺参与的光催化自芬顿体系的研究开辟了新途径。

图2 双路径光合成H₂O₂性能及机制探究

图3 无Fe²⁺参与的光催化自芬顿体系的性能及机制探究

该成果近期发表在国际权威期刊Applied Catalysis B: Environment and Energy（DOI: 10.1016/j.apcatb.2025.126071）上，文章第一作者是bat365平台官网2023级硕士研究生赵际涵，通讯作者为bat365平台官网周天瑜副教授、bat365平台官网刘春波教授和白城师范学院车广波教授。