近日，我校环境学院污染物环境行为与控制团队在压电光催化技术应用于抗生素废水处理与能源回收一体化方面取得重要研究进展。相关研究成果以“Synergetic piezo‐photocatalytic tuning internal electric field in S-scheme heterojunction for highly efficient tetracycline degradation and hydrogen production”(https://doi.org/10.1016/j.watres.2026.126357)。该论文的第一作者为团队在读硕士生宋诗雨，刘亚子副教授为独立通讯作者，南京师范大学环境学院为论文的第一完成单位及通讯单位。

抗生素在制药、医疗和水产养殖中的大量使用，导致废水中残留抗生素及其代谢产物持续输入水环境。这类污染物即使浓度较低也可诱导耐药菌传播，干扰生态系统平衡，且常规生化处理对其去除效果有限。光催化技术可利用太阳能驱动污染物降解，但往往受限于光生载流子快速复合且光利用率较低的瓶颈；压电催化可依赖机械振动产生极化电场来驱动反应，虽然不受光照限制却面临载流子密度不足、活性位点稀缺等问题。如何耦合两者优势实现协同增效，是该领域的关键科学问题。

该团队通过耦合两种具有代表性的压电材料与光催化材料构建了压电-光协同电场下的S型异质结，并开发了一种基于极化场调控内建电场的策略，以优化载流子传输与分离行为。将超薄纳米片组装而成的花状MoS₂与剥离态g-C₃N₄（ECN）纳米片通过低温煅烧耦合，构筑了具有紧密面-面接触的MoS₂/ECN异质结构。研究发现，超声诱导的压电极化场与异质结内建电场叠加，可动态调控界面电荷转移路径从I型异质结转变为S型异质结，显著促进光生载流子分离。优化后的催化剂ME-5在60分钟内对四环素的降解率达95%，速率常数为仅光催化条件下的4倍；同时其4小时产氢量高达2.679 mmol/g，约为ECN单体的55倍。在以四环素（TC）自身作为空穴捕获剂时，该催化剂可实现废水净化与产氢高效耦合，4小时产氢量达1.58 mmol/g，并同步实现59.8%的TC去除率。研究还进一步通过LC-MS解析了降解路径，毒性评估显示最终产物毒性大幅降低。该催化剂在真实水体（河水、湖水、自来水）及连续流反应器中均保持稳定活性，在多种应用场景下表现优异，展现了良好的实际应用前景。该策略为设计具有增强电荷分离能力及可调控氧化还原过程的多场耦合催化体系提供了新的理论认识和技术指导。未来的研究应重点关注提高体系的长期运行稳定性、实现材料的大规模制备，并将该机制拓展应用于其他复杂污染物降解及能源转化体系。

本研究是该团队近年来在压电光催化技术应用于抗生素废水处理与能源回收一体化方向上的重要进展，亦是前期相关工作（J. Mater. Chem. A, 2025,13, 4948-4959）的进一步拓展。该研究工作得到中国国家自然科学基金（22306099）、江苏省自然科学基金（BK20251870）、江苏省重点研发计划（BE2023826）、江苏省青蓝工程基金以及江苏省高校自然科学研究重大计划（23KJA610005）等项目的资助。