日益严重的全球能源危机和紧迫的环境挑战迫切需要开发清洁和可再生能源。其中，氢能因其高能量密度和零碳排放而被广泛认为是有前景的未来能源载体[1], [2], [3], [4]，因此开发高效、低成本的氢生产方法至关重要。
传统的氢生产通常依赖于化石燃料或能源密集型的电解过程。最近，压电催化作为一种创新和可持续的方法出现，它利用机械能（如超声波或流体流动产生的振动）来驱动化学反应，包括水分解[5], [6], [7], [8]。这种机制利用具有非中心对称晶体结构的材料（压电材料），在机械变形时产生自发的内部电场[9], [10]。该电场有效地分离了电荷载体，将电子驱动到催化剂表面进行还原反应（例如H+还原）[11]，并将空穴驱动到催化剂表面进行氧化反应（例如有机降解）[12], [13], [14]。
钛酸钡（BaTiO3）是一种经典且广泛研究的无铅铁电材料，以其强的压电响应、化学稳定性和环保特性而闻名[15], [16]。然而，纯BaTiO3作为压电催化剂使用时存在显著的限制，主要是因为产生的电子-空穴对在参与表面反应之前会迅速复合，导致整体量子效率较低。
一种常见且有效的策略是开发低维纳米压电催化剂，如纳米线、纳米片等[17], [18], [19], [20]。一维或二维结构具有更高的比表面积，使压电催化剂在超声波振动下能够实现更大的弹性变形，从而增强表面反应动力学并促进大规模极化。另一方面，半导体/铁电异质结构的合理构建，例如TiO2/BaTiO3, MoSe2/BaTiO3 [21], [22]，有助于促进界面电荷转移。这种在界面处形成的电场作为有效的电子汇，促进电荷分离并转移到催化位点，从而增强压电催化活性。尽管取得了这些进展，但目前报道的压电复合材料的H2产气产量与实际应用要求之间仍存在显著差距。
贵金属，如Au、Pt、Pd等，因其接近最佳的氢吸附吉布斯自由能而被广泛用作电催化水分解的理想共催化剂[23], [24], [25]。然而，当前研究的一个关键瓶颈是催化性能与经济可行性之间的权衡；通常需要高负载量的贵金属才能实现高活性，但其高昂的成本限制了商业化的规模应用[26]。相反，低金属负载的系统往往存在界面接触不良和活性位点不足的问题，导致异质结处电荷捕获效率低下。这些限制从根本上与金属-半导体界面的电子耦合不足有关。因此，界面工程被广泛认为是解决这一挑战的关键策略[27], [28], [29], [30]。这种方法的一个关键方面是将贵金属簇（例如量子点、纳米颗粒）精确沉积在支撑材料的特定晶面上，实现选择性电荷转移和优化活性位点的暴露[31]。例如，选择性地将Pt或Au簇锚定在TiO2 [32]或SrTiO3 [33]的晶面上，已被证明可以引导光生电子朝向产氢位点，显著提高HER活性，同时最小化贵金属的使用量。通过优化接触边界处的电子耦合和电荷载体动力学，可以有效降低能量障碍并加速界面电荷转移，从而提高整体催化效率。然而，尽管有这些进展，实现高性能压电催化的贵金属界面工程研究仍然较少[34], [35]。因此，精确的界面工程同时保持最低的贵金属消耗量被认为是实现高压电催化效率的迫切策略。
受先前研究的启发，本研究旨在通过一维形态控制和界面工程的协同整合，引入一种同时具有高压电催化活性和超低贵金属负载的压电催化剂。具体来说，采用电纺法合成一维BTO，然后通过优化的化学还原工艺将Pd-QDs均匀地原位锚定在BTO纳米线表面，形成原子级接触的Pd(111)/BTO(110)异质结。这种复杂的界面工程创建了一个高效的电荷迁移路径，有效解决了低负载系统中的复合问题。实验结果表明，形态和界面工程处理的0.75 wt% Pd-BTO（记为0.75% Pd-BTO）纳米线实现了3464.28 μmol?g?1?h?1的优异压电催化产氢速率。DFT计算进一步阐明了界面工程处理后的电荷转移和分离增强、水分子活化改善以及吉布斯自由能降低的机制。成功合成并全面表征的Pd-BTO复合材料展示了显著提高的压电催化性能，为设计低成本贵金属量子点/压电纳米复合材料以实现高效机械能转换提供了指导框架。
