摻雜外來陽離子和陰離子是解決工程缺陷和調(diào)節(jié)直接控制光催化析氧反應(yīng)（OER）和析氫反應(yīng)（HER）的光學(xué)、電子和表面性質(zhì)的有效策略之一。BaTaO2N（BTON）是一種很有前途的600 nm級(jí)光催化劑，因?yàn)槠湮湛梢姽飧哌_(dá)660 nm，帶隙?。?em>Eg=1.9 eV），適合OER的價(jià)帶邊緣位置，在濃堿性溶液中光照下穩(wěn)定性好、無毒等優(yōu)點(diǎn)。雖然BaTaO2N的光催化和光電化學(xué)水分解效率已提高，但仍遠(yuǎn)未達(dá)到實(shí)際應(yīng)用的要求。基于此，日本信州大學(xué)Mirabbos Hojamberdiev（通訊作者）等人報(bào)道了一種利用5%的B位點(diǎn)選擇性摻雜異價(jià)金屬陽離子（Al3+、Ga3+、Mg2+、Sc3+和Zr4+）來增強(qiáng)BaTaO2N上犧牲可見光誘導(dǎo)的光催化H2和O2析出。在文中，作者著重于闡明了BTON: Al、BTON: Ga、BTON: Mg、BTON: Sc的光催化析氫和析氧反應(yīng)速率與中間體吸附能之間的各自物理化學(xué)相關(guān)性，并利用助熔劑法合成了BTON: Zr光催化劑。物理化學(xué)表征結(jié)果表明，陽離子摻雜對(duì)晶體結(jié)構(gòu)、晶體形貌和光吸收邊沒有明顯影響。因此，通過檢查光學(xué)、電子和表面性質(zhì)，可以解釋在原始和摻雜BaTaO2N光催化劑的光催化反應(yīng)過程中觀察到的O2和H2釋放的差異。此外，作者還利用分子動(dòng)力學(xué)（MD）深入了解了陽離子摻雜對(duì)水分子吸附能的影響，以及在以TaO6、TaN6和TaO4N2八面體終止的BaTaO2N表面上形成的中間產(chǎn)物（H*用于H2析出，HO*、O*和HOO*用于O2析出）。最后，利用線性能量-性能關(guān)系，很好地關(guān)聯(lián)了H2和O2析出的實(shí)驗(yàn)反應(yīng)速率，闡明了在BaTaO2N光催化劑中觀察到的摻雜和表面終止趨勢。Unfolding the Role of B Site-Selective Doping of Aliovalent Cations on Enhancing Sacrificial Visible Light-Induced Photocatalytic H2 and O2 Evolution over BaTaO2N. ACS Catal., 2021, DOI: 10.1021/acscatal.1c04547.https://doi.org/10.1021/acscatal.1c04547.
