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同時控制半導體材料的缺陷種類和表面性能是提高光催化性能的一個關鍵方面，但是仍然具有挑戰性。近日，日本信州大學Kazunari Domen（通訊作者）等人報道了一種通過簡單的氨氣（NH₃）氮化過程合成了Mg-Zr共摻雜單晶Ta₃N₅（Ta₃N₅: Mg+Zr）納米顆粒。

在可見光下，（Ta₃N₅: Mg+Zr）納米顆粒表現出比原始Ta₃N₅高45倍的光催化水還原活性。同時，作者還繪制了缺陷物種（包括還原Ta、氮空位和氧雜質）、表面性質（與Pt助催化劑的分散相關）、電荷載體動力學和光催化活性之間的關系的相干圖。

JACS：Mg-Zr共摻雜同調Ta3N5納米顆粒的缺陷和表面性能

圖1. 不同納米顆粒表征

由于共摻雜對缺陷的調諧和對表面性質的同時優化，這種材料明顯地產生了高濃度的長壽命電子，并使這些電子有效地遷移到均勻分布的表面Pt位。這些效應大大提高了光催化活性。總之，這項工作強調了通過一步策略改善催化材料多種性能的重要性和可行性。

JACS：Mg-Zr共摻雜同調Ta3N5納米顆粒的缺陷和表面性能

圖2. 催化性能對比

Simultaneously Tuning the Defects and Surface Properties of Ta₃N₅ Nanoparticles by Mg-Zr Codoping for Significantly Accelerated Photocatalytic H₂ Evolution. J. Am. Chem. Soc., 2021, DOI: 10.1021/jacs.1c04861.

https://doi.org/10.1021/jacs.1c04861.

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