通过有机阳离子剥离块体PHI，研究团队成功制备出超薄PHI纳米片（FLCN）。透射电子显微镜和原子力显微镜显示，FLCN呈现均匀的纳米片结构，厚度仅约6.6 nm。正电子湮没谱、X射线光电子能谱、电子顺磁共振和DFT理论计算等分析表明，剥离过程诱导了PHI基面的碳氮缺陷，形成分子重构活性位点。这种缺陷结构促进了电荷分离与电子局域化，同时产生中带隙态，为一步双电子氧还原路径提供了关键反应位点（图1，图2）。
图1. 催化剂的合成策略及结构表征。
图2. 催化剂的精细结构表征。
飞秒瞬态吸收光谱和密度泛函理论计算表明，PHI纳米片的分子重构效应增强了光生电荷分离效率并优化了能带结构（图3）。在模拟太阳光照射下，FLCN的H₂O₂产率高达27.35 mmol·g⁻¹·h⁻¹，显著优于传统块体PHI材料（BCN）。团队自主设计的螺旋流动反应器实现了高效传质与光能利用，在36小时循环累积后，H₂O₂浓度达到2.7 wt.%（图4）。
图3. 能带结构与光生电荷动力学研究。
图4. 光催化生产双氧水的性能研究。
DFT理论计算表明，缺陷位点通过构建局域化电子结构，优化O₂吸附构型，显著降低了氧气质子化过程的能垒，并稳定了*OOH中间体，从而绕过超氧自由基路径，直接通过一步双电子机制生成H₂O₂（图5）。
图5. 光催化机制解析。
该工作通过聚(庚嗪酰亚胺)的分子尺度结构调控，实现了光催化合成医用级H₂O₂的技术突破，为开发高效绿色化工生产工艺提供了理论指导。
黑龙江大学罗梾钰博士、中国科学技术大学吴庆龙博士为共同第一作者。通讯作者为黑龙江大学蒋保江教授，福州大学王心晨教授、方元行副教授，中国科学技术大学张群教授。研究工作得到国家自然科学基金等项目的支持。
论文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202507415
