据河北日报讯，4月22日，河北科技大学李发堂教授科研团队关于自主合成超细纳米钛酸钡的研究获得2025年度河北省自然科学奖一等奖，该研究的核心意义在于成功将高性能钛酸钡催化剂从常见的100多纳米降至10纳米，除了制备绿氢创新解决方案，还为突破我国高端电子陶瓷粉体的技术瓶颈奠定了基础。

相关论文：DOI: 10.1002/anie.202103112

河北科技大学能源与环境催化实验室李发堂创新工作室，李发堂（左一）与团队成员讨论实验细节（图片来源：河北日报）

首先，BaTiO₃是一种经典的铁电材料，具有很强的压电效应（即机械变形能产生电荷）。其次，压电催化是近年来兴起的技术，利用环境中的机械振动（如水流、声波）来驱动化学反应，被视为继光催化、电催化后的又一潜力领域。

传统观点认为，当铁电材料的尺寸减小到一定程度（通常是几十纳米以下）时，比如BaTiO₃的晶格会转变为对称性较高的立方相（非铁电相），导致压电活性消失；并且还有研究认为纳米化会导致表面产生大量氧空位，从而引发晶格“无序化（Disorder）”，这也会抑制铁电性。

在李发堂教授科研团队的研究中，将钛酸丁酯和硝酸钡作为前驱体，采用一步溶剂热法（One-pot Solvothermal Method），通过调节乙二醇与水的比例，控制晶核的成核速率与生长动力学，在相对较低温度下不仅获得了平均粒径约10nm的高度单分散纳米颗粒。而特定的合成条件可以引导表面原子进行有序重构，这种重构反而产生了强大的内应力，强制晶格发生四方畸变（c/a比增大），从而增强了压电性能。另外，它在合成过程中保留了特定的残余应变（Residual Strain），这有利于机械能转化为化学能，驱动水分解制氢。

这项工作成功展示了钛酸钡在约10nm尺度下依然能通过结构设计保持优异的催化活性，而且还实现了氢气和氧气的同时产生（化学计量比接近 2:1），在能源转化领域具有很高的价值。另外从电子陶瓷粉体的角度（如MLCC），这种“通过表面重构诱导晶格畸变”的思路提供了一种全新的粉体改性方案，在环境修复、生物医学等领域也有广泛应用前景。

YUXI 编译整理