高效一体化绿色光(电)催化反应器：g-C3N4/FeNi纳米颗粒复合木质海绵实现水氧化、N2/CO2光固定与界面太阳能蒸汽生成协同增效

研究人员针对太阳能转化效率低、催化剂稳定性差等问题，创新性地将g-C3N4与Fe/Ni纳米颗粒复合于木质海绵基底，构建了多功能一体化光(电)催化系统。该体系在PEC水氧化中光电流密度达0.31 mA cm-2（较纯g-C3N4提升6倍），并实现NH3/CO/CH3OH高效光合成（2600/302/70 μmol g-1 h?1），同时具备1.43 kg m-2 h-1的太阳能蒸汽生成能力，为可持续能源技术提供新范式。

　　

随着全球能源危机与环境问题加剧，太阳能转化技术成为研究热点。然而传统光催化剂面临可见光吸收有限、电荷复合率高、反应界面不足等瓶颈，尤其在水氧化、氮气固定和二氧化碳还原等关键反应中效率低下。与此同时，淡水资源短缺也亟需开发高效的太阳能驱动净水技术。这些挑战呼唤兼具多功能性、高稳定性和环境友好特性的新型催化系统。

马什哈德菲尔多西大学（Ferdowsi University of Mashhad）的研究团队在《Renewable Energy》发表突破性成果，通过将石墨相氮化碳（g-C₃N₄）与铁镍纳米颗粒（FeNi NPs）在木质海绵（WS）基底上构建层状异质结，创造出首个集光(电)催化与蒸汽生成于一体的绿色反应器。该研究采用超声辅助合成、原位光沉积和冷冻干燥等技术，通过XRD、SEM和光电化学测试等手段系统表征材料特性。

表征分析显示：g-C₃N₄的(002)晶面衍射峰与FeNi的立方结构成功复合，FeNi NPs作为电子受体使光生载流子寿命延长3.7倍。光电化学性能测试表明，层状CN/FeNi异质结在1.23 V vs. RHE下光电流密度达0.31 mA cm^-2，较纯g-C₃N₄提升6倍。光固定性能方面，WS/CN/FeNi体系实现NH₃、CO和CH₃OH的协同生成，速率分别达2600、302和70 μmol g^-1 h^?1，FeNi NPs通过促进N≡N和C=O键活化显著提升效率。界面蒸汽生成测试中，该体系在1 kW m^-2光照下蒸发通量达1.43 kg m^-2 h^-1，归因于木质海绵的毛细作用与FeNi的宽谱吸光特性。

这项研究开创性地将生物质基底与双金属助催化剂结合，证实层状异质结结构在促进电荷分离方面的优势。其重要意义在于：1）首次实现g-C₃N₄/FeNi在木质海绵上的多功能集成；2）通过FeNi NPs的协同效应同时优化光吸收、电荷传输和分子吸附；3）为太阳能"光-化-热"联产提供可扩展的一体化解决方案。该成果不仅推进了异质结催化剂设计理论，更为发展零碳能源和净水技术提供了切实可行的材料体系。