掺杂外来阳离子和阴离子是解决工程缺陷和调节直接控制光催化析氧反应（OER）和析氢反应（HER）的光学、电子和表面性质的有效策略之一。BaTaO2N（BTON）是一种很有前途的600 nm级光催化剂，因为其吸收可见光高达660 nm，带隙小（Eg=1.9 eV），适合OER的价带边缘位置，在浓碱性溶液中光照下稳定性好、无毒等优点。虽然BaTaO2N的光催化和光电化学水分解效率已提高，但仍远未达到实际应用的要求。基于此，日本信州大学Mirabbos Hojamberdiev（通讯作者）等人报道了一种利用5%的B位点选择性掺杂异价金属阳离子（Al3+、Ga3+、Mg2+、Sc3+和Zr4+）来增强BaTaO2N上牺牲可见光诱导的光催化H2和O2析出。在文中，作者着重于阐明了BTON: Al、BTON: Ga、BTON: Mg、BTON: Sc的光催化析氢和析氧反应速率与中间体吸附能之间的各自物理化学相关性，并利用助熔剂法合成了BTON: Zr光催化剂。物理化学表征结果表明，阳离子掺杂对晶体结构、晶体形貌和光吸收边没有明显影响。因此，通过检查光学、电子和表面性质，可以解释在原始和掺杂BaTaO2N光催化剂的光催化反应过程中观察到的O2和H2释放的差异。此外，作者还利用分子动力学（MD）深入了解了阳离子掺杂对水分子吸附能的影响，以及在以TaO6、TaN6和TaO4N2八面体终止的BaTaO2N表面上形成的中间产物（H*用于H2析出，HO*、O*和HOO*用于O2析出）。最后，利用线性能量-性能关系，很好地关联了H2和O2析出的实验反应速率，阐明了在BaTaO2N光催化剂中观察到的掺杂和表面终止趋势。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.
