石油化石等传统能源的过度使用,导致CO2的大量排放,给人类和环境带来了严重的危害。采用绿色的催化方式将自然资源（如H2O和CO2）转化为高附加值的能源（氢能和碳氢燃料）,对实现人工水循环利用和碳循环闭合,确保未来清洁能源供给具有一定的战略意义。主要研究为以下几个方面:1.水分解产氢是氢能生产最经济可行的方法。正负电荷的高度分离是制约水分解产氢性能的关键因素。富含缺陷的Si C具有独特的电子结构和优异的催化活性位点,在牺牲剂存在的条件下通过机械催化的方式实现了高效水分解产氢。通过实验条件的调整,在最佳条件下（Si C量为0.01 g,溶液体积为1 m L,牺牲剂甲醇的比例为30 vol%）,反应6小时后氢气生成量为693.30μmol/g。循环5次实验表明Si C机械催化产氢具有良好的稳定性。通过机理探究发现,机械催化的方式不仅解决了Si C表面正负电荷易复合的问题,而且牺牲剂甲醇可以被正电荷和羟基自由基氧化提供额外的质子源,促进了产氢性能的提升。2.作为实现全球碳平衡的有效途径,CO2转化为增值化学品具有重要的意义。具有优异催化性能的B4C通过机械催化的方式将CO2高选择性转化为甲醇和氢气,提高了电子的利用效率,降低了电荷损耗,实现了机械能-电能-化学能的相互耦合转化。通过对B4C量和水溶液体积等实验条件的优化,提高了目标产物甲醇的产率。随后又采用电化学测试和液体红外等技术对CO2还原过程中电荷转移路径和产物形成路径进行探究,发现B4C在机械催化的作用下极易产生大量的电子和正电荷,而正电荷被水分子捕获生成羟基自由基和氢离子,有助于增加电子寿命,大幅提高了甲醇和氢气的选择性和产率。最后牺牲剂Na2SO3的加入,有助于解决甲醇易于被氧化的问题,进一步提高了甲醇的转化效率。3.随着全球能源危机和环境污染问题的日益加剧,发展清洁能源和减少大气中CO2的含量成为近年来的两大研究热点。在第五章中构建了机械催化-B4C-挠曲电效应体系:具有中心对称结构的B4C,在非均匀机械力激发下能够形成强烈的挠曲电效应,产生相互分离的极化电荷用于水分解产氢和二氧化碳还原反应。当B4C量为0.02 g,水溶液体积为5 m L,反应频率为40 Hz,反应时间为3 h时,CO2的还原性能最佳,氢气产量达到2889.51μmol/g,甲醇生成量为80.72μmol/g,仅有极微量的甲烷和一氧化碳。通过对其反应机理的探究发现,水分子很容易被正电荷氧化放出氢离子,氢离子快速得电子形成氢气的特性优势,不但有利于水还原反应产生大量的氢气,同时也促进CO2还原反应中甲醇转化效率和选择性。