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光催化全水分解(OWS)生產(chǎn)氫燃料是轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)存太陽能的一種有前景的策略。然而，只有少數(shù)光催化劑對(duì)OWS具有活性(包括 TiO₂、SrTiO₃、GaN:ZnO、氮化碳等)，并且其中許多具有較大的帶隙，只有在紫外線(UV)照射下才具有活性。因此，設(shè)計(jì)并制備一種能在可見光下高效催化OWS的光催化劑具有重要意義。

近日，福州大學(xué)王心晨、林偉和方元行等將鎵(Ga)被摻雜到NiTiO₃(Ga-NTO)晶體中以提高光生電荷載流子密度，在可見光下實(shí)現(xiàn)了高效的光催化OWS活性。

?福大AFM: Ga摻雜策略功勞大！助力NiTiO3在可見光照射下實(shí)現(xiàn)整體水分解

對(duì)于HER和OER，Ga-NTO顯示出改進(jìn)的光催化性能。此外，研究人員還將Co和Pt基助催化負(fù)載到Ga-NTO用于OWS，在可見光照射(420 nm)下，H₂和O₂的釋放速率分別為1.81 μmol h^-1和0.90 μmol h^-1，AQY約為0.18%，并且這種性能至少可以保持130小時(shí)；在紫外光(365 nm)下導(dǎo)致更高的OWS活性，AQY達(dá)到0.85%。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論計(jì)算表明，Ga₁-NTO的金屬-O在摻雜位點(diǎn)的鍵長(zhǎng)延長(zhǎng)了≈0.1 ?，通過用Ga離子代替Ti離子，可以將淺受體誘導(dǎo)到附近的CBM中，從而改善電荷擴(kuò)散長(zhǎng)度；原始NTO的空穴大多均勻分布在Ni上而在相鄰的O上比例很小，CBM附近的雜質(zhì)態(tài)主要位于與Ga相鄰的Ni原子上，這種現(xiàn)象是主要是由于電子從相鄰的Ni轉(zhuǎn)移到電子不足的Ga以及摻雜引起的，并且費(fèi)米能級(jí)附近的雜質(zhì)態(tài)俘獲了電子，從而減少了光生電荷復(fù)合并增加了電荷載流子的壽命。總的來說，這項(xiàng)研究提供了一種有效的摻雜策略以將小帶隙光催化劑應(yīng)用于OWS。

A Ga Doped NiTiO₃ Photocatalyst for Overall Water Splitting under Visible Light Illumination. Advanced Functional Materials, 2022. DOI: 10.1002/adfm.202208101

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